Mithilfe von Gravitationslinsen und Supercomputersimulationen in der TRAC HPC-Einrichtung haben Astronomen unter der Leitung der Durham University eines der größten jemals entdeckten Schwarzen Löcher entdeckt, mit einer Masse von mehr als 30 Milliarden Sonnenmassen. Diese bahnbrechende Technik zur Simulation der Lichtreise im Universum ermöglichte es den Forschern, den Weg des Lichts genau vorherzusagen, wie er in echten Bildern des Hubble-Weltraumteleskops zu sehen ist. Diese Entdeckung wurde veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
Mithilfe eines Phänomens, das als Gravitationslinseneffekt bekannt ist, hat ein Team von Astronomen eines der größten jemals entdeckten Schwarzen Löcher entdeckt.
Lichtbeugende Schwerkraft
Das Team unter der Leitung der University of Durham, Großbritannien, verwendete Gravitationslinsen – bei denen eine Vordergrundgalaxie Licht von einem weiter entfernten Objekt beugt und vergrößert – und Supercomputer-Simulationen in der DiRAC HPC-Anlage, um dem Team zu helfen, genauer zu untersuchen, wie Licht Biegungen. Ein schwarzes Loch in einer Galaxie, Hunderte Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Das Team simulierte Licht, das Hunderttausende Male durch das Universum wanderte, wobei jede Simulation eine andere Masse enthielt.[{“ 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.
Ein Video, das zeigt, wie Astronomen mithilfe von Gravitationslinsen ein Schwarzes Loch mit der 30-Milliarden-fachen Masse der Sonne in einer 2 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie gefunden haben. Bildnachweis: Universität Durham
Blick zurück in die kosmische Zeit
Die meisten der uns bekannten supermassereichen Schwarzen Löcher sind aktiv, wobei Materie, die in die Nähe des Schwarzen Lochs gezogen wird, sich erwärmt und Energie in Form von Licht, Röntgenstrahlen und anderer Strahlung abgibt.
Gravitationslinsen machen es möglich, passive Schwarze Löcher zu untersuchen, was derzeit in fernen Galaxien unmöglich ist. Dieser Ansatz ermöglicht es Astronomen, mehr passive und ultramassereiche Schwarze Löcher zu finden als bisher angenommen, und zu untersuchen, wie sie so massereich wurden.
Die Geschichte dieser besonderen Entdeckung begann im Jahr 2004, als ein Astronom der Durham University, Professor Alastair Edge, die riesige Krümmung einer Gravitationslinse bemerkte, während er Bilder einer Galaxiendurchmusterung überprüfte.
19 Jahre und mit Hilfe einiger hochauflösender Bilder[{“ 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.