Detectarea unei găuri negre supermasive cu o masă de 30 de miliarde de termeni solari prin fenomenul de curbare a luminii

Astronomii conduși de Universitatea Durham au descoperit una dintre cele mai mari găuri negre descoperite vreodată, cu o masă de peste 30 de miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui, prin utilizarea lentilelor gravitaționale și a simulărilor cu supercomputer la instalația DiRAC HPC. Această tehnologie revoluționară, care simulează lumina care călătorește prin univers, a permis cercetătorilor să prezică cu exactitate calea luminii așa cum se vede în imaginile reale ale telescopului spațial Hubble. Descoperirea a fost publicată în Anunțuri lunare ale Societății Regale de Astronomie.

O echipă de astronomi a descoperit una dintre cele mai mari găuri negre descoperite vreodată, profitând de un fenomen numit lentilă gravitațională.

Gravitația curbilinie a luminii

Echipa, condusă de Universitatea Durham din Marea Britanie, a folosit lentile gravitaționale – în care o galaxie din prim-plan se îndoaie și mărește lumina de la un obiect îndepărtat – și simulările cu supercomputer la instalația DiRAC HPC au permis echipei să examineze îndeaproape modul în care lumina este curbată de o gaură neagră. în interiorul unei galaxii aflate la sute de mile distanţă.La milioane de ani lumină de Pământ.

Echipa a simulat lumina care călătorește prin univers de sute de mii de ori, fiecare simulare implicând o masă diferită.[{” attribute=””>black hole, changing light’s journey to Earth.

An artist’s impression of a black hole, where the black hole’s intense gravitational field distorts the space around it. This warps images of background light, lined up almost directly behind it, into distinct circular rings. This gravitational “lensing” effect offers an observation method to infer the presence of black holes and measure their mass, based on how significant the light bending is. The Hubble Space Telescope targets distant galaxies whose light passes very close to the centers of intervening fore-ground galaxies, which are expected to host supermassive black holes over a billion times the mass of the sun. Credit: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

30 billion times the mass of our Sun

When the researchers included an ultramassive black hole in one of their simulations, the path taken by the light from the faraway galaxy to reach Earth matched the path seen in real images captured by the Hubble Space Telescope.

What the team had found was an ultramassive black hole, an object over 30 billion times the mass of our Sun, in the foreground galaxy – a scale rarely seen by astronomers.

This is the first black hole found using gravitational lensing and the findings were published today (March 29) in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Un videoclip care arată cum astronomii au folosit lentilele gravitaționale pentru a descoperi o gaură neagră de 30 de miliarde de ori masa Soarelui într-o galaxie aflată la 2 miliarde de ani lumină distanță. Credit: Universitatea Durham

Privind înapoi în timpul cosmic

Cele mai multe dintre cele mai mari găuri negre pe care le cunoaștem sunt în stare activă, deoarece materia care este trasă în apropierea găurii negre se încălzește și eliberează energie sub formă de lumină, raze X și alte radiații.

Lentila gravitațională face posibilă studierea găurilor negre inactive, ceea ce nu este posibil în prezent în galaxiile îndepărtate. Această abordare ar putea permite astronomilor să detecteze găurile negre inactive care sunt mai masive decât se credea anterior și să investigheze modul în care acestea cresc atât de masive.

Povestea acestei descoperiri a început în 2004, când profesorul Alastair Edge, coleg astronom de la Universitatea Durham, a observat un arc uriaș al lentilei gravitaționale când a analizat imaginile SGS.

Înainte rapid 19 ani și cu ajutorul unor fotografii de foarte înaltă rezoluție de la[{” attribute=””>NASA’s Hubble telescope and the DiRAC COSMA8 supercomputer facilities at Durham University, Dr. Nightingale and his team were able to revisit this and explore it further.

Exploring the mysteries of black holes

The team hopes that this is the first step in enabling a deeper exploration of the mysteries of black holes, and that future large-scale telescopes will help astronomers study even more distant black holes to learn more about their size and scale.

Reference: “Abell 1201: detection of an ultramassive black hole in a strong gravitational lens” by J W Nightingale, Russell J Smith, Qiuhan He, Conor M O’Riordan, Jacob A Kegerreis, Aristeidis Amvrosiadis, Alastair C Edge, Amy Etherington, Richard G Hayes, Ash Kelly, John R Lucey and Richard J Massey, 29 March 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad587

The research was supported by the UK Space Agency, the Royal Society, the Science and Technology Facilities Council (STFC), part of UK Research and Innovation (UKRI), and the European Research Council.

This work used both the DiRAC Data Intensive Service (CSD3) and the DiRAC Memory Intensive Service (COSMA8), hosted by University of Cambridge and Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.