Deteksi lubang hitam supermasif dengan massa 30 miliar istilah matahari melalui fenomena pembengkokan cahaya

Para astronom yang dipimpin oleh Universitas Durham telah menemukan salah satu lubang hitam terbesar yang pernah ditemukan, dengan massa lebih dari 30 miliar kali Matahari, melalui penggunaan lensa gravitasi dan simulasi superkomputer di fasilitas HPC DiRAC. Teknologi inovatif ini, yang mensimulasikan perjalanan cahaya melalui alam semesta, telah memungkinkan para peneliti untuk secara akurat memprediksi jalur cahaya seperti yang terlihat pada gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble yang sebenarnya. Penemuan itu dipublikasikan di Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society.

Sebuah tim astronom telah menemukan salah satu lubang hitam terbesar yang pernah ditemukan, memanfaatkan fenomena yang disebut pelensaan gravitasi.

Gravitasi lengkung cahaya

Tim, yang dipimpin oleh Universitas Durham di Inggris, menggunakan pelensaan gravitasi – di mana galaksi latar depan menekuk dan memperbesar cahaya dari objek yang jauh – dan simulasi superkomputer di fasilitas HPC DiRAC memungkinkan tim untuk memeriksa dengan cermat bagaimana cahaya dibelokkan oleh lubang hitam. di dalam galaksi yang jauhnya ratusan mil Jutaan tahun cahaya dari Bumi.

Tim mensimulasikan perjalanan cahaya melalui alam semesta ratusan ribu kali, dengan setiap simulasi melibatkan massa yang berbeda[{” 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.

Sebuah video yang menunjukkan bagaimana para astronom menggunakan pelensaan gravitasi untuk menemukan lubang hitam 30 miliar kali massa Matahari di galaksi yang berjarak 2 miliar tahun cahaya. Kredit: Universitas Durham

Melihat ke belakang dalam waktu kosmik

Sebagian besar lubang hitam terbesar yang kita ketahui berada dalam keadaan aktif, karena materi yang ditarik ke dekat lubang hitam memanas dan melepaskan energi dalam bentuk cahaya, sinar-X, dan radiasi lainnya.

Pelensaan gravitasi memungkinkan untuk mempelajari lubang hitam yang tidak aktif, yang saat ini tidak mungkin dilakukan di galaksi jauh. Pendekatan ini memungkinkan para astronom untuk mendeteksi lubang hitam tidak aktif yang lebih masif dari yang diperkirakan sebelumnya dan menyelidiki bagaimana mereka tumbuh begitu masif.

Kisah penemuan ini dimulai pada tahun 2004 ketika sesama astronom Universitas Durham Profesor Alastair Edge memperhatikan busur raksasa lensa gravitasi saat meninjau gambar SGS.

Maju cepat 19 tahun dan dengan bantuan beberapa foto beresolusi sangat tinggi dari[{” 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.