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引力光弯曲揭示了迄今为止发现的最大黑洞之一

引力光弯曲揭示了迄今为止发现的最大黑洞之一

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艺术家对黑洞的印象,其中黑洞强烈的引力场扭曲了它周围的空间。 这扭曲了背景光的图像,几乎直接排列在它后面,变成明显的圆环。 “透镜”引力效应提供了一种观测方法,可以根据光线的弯曲程度推断黑洞的存在并测量它们的质量。 哈勃太空望远镜的目标是遥远的星系,这些星系的光线非常靠近前景的嵌套星系的中心,预计这些星系将拥有超过太阳质量十亿倍的超大质量黑洞。 图片来源:ESA/Hubble,Digitized Sky Survey,Nick Risinger (skysurvey.org),N. Bartmann

一组天文学家利用一种称为引力透镜的现象发现了有史以来最大的黑洞之一。

由英国达勒姆大学领导的团队使用引力透镜——前景星系弯曲并放大来自远处物体的光——以及 DiRAC HPC 设施的超级计算机模拟,这使团队能够仔细检查光是如何被一个星系弯曲的星系内的黑洞。距地球数亿光年。

他们在前景星系中发现了一个超大质量黑洞,这个物体的质量是太阳的 300 亿多倍,这是天文学家很少见到的规模。

这是第一个使用这种技术发现的黑洞,因为该团队模拟光在宇宙中传播了数十万次。 每个模拟都包含一个不同质量的黑洞,它改变了光到地球的旅程。

当研究人员在他们的一个模拟中包括一个超大质量黑洞时,来自遥远星系的光到达地球的路径与哈勃太空望远镜拍摄的真实图像中看到的路径相匹配。

结果今天发表在期刊上 英国皇家天文学会月刊.

一段视频展示了天文学家如何利用引力透镜在 20 亿光年外的星系中发现一个质量是太阳 300 亿倍的黑洞。 图片来源:达勒姆大学

主要作者、杜伦大学物理系的詹姆斯·南丁格尔博士说:“这个特殊的黑洞,大约是我们太阳质量的 300 亿倍,是迄今为止发现的最大黑洞之一,也是我们所能达到的最大黑洞的上限。我们认为黑洞可以成为理论家,所以这是一个非常令人兴奋的发现。”

当前景星系的引力场似乎使背景星系的光发生弯曲时,就会发生引力透镜效应,这意味着我们会更频繁地注意到它。

就像一个真正的镜头,这个镜头也放大了背景星系,让科学家能够更详细地研究它。

视频静止图像 – 黑洞 – 镜头几何。 图片来源:达勒姆大学
视频静止图像 – 黑洞 – 观察图像。 图片来源:达勒姆大学

南丁格尔博士说:“我们所知道的大多数大型黑洞都处于活跃状态,被拉近黑洞的物质会升温并以光、X 射线和其他辐射的形式释放能量。”

然而,引力透镜使得研究不活跃的黑洞成为可能,这在遥远的星系中目前是不可能的。这种方法可以让我们探测到我们本地宇宙之外的更多黑洞,并揭示这些奇异物体在宇宙时间是如何演化的。 ”

这项研究也涉及德国的马克斯普朗克研究所,开启了一种诱人的可能性,即天文学家可以发现比以前认为的更大质量的不活跃黑洞,并研究它们如何变得如此巨大。

这一发现的故事始于 2004 年,当时杜伦大学的天文学家 Alastair Edge 教授在查看 SGS 图像时注意到引力透镜的巨大弧线。

视频静止图像 – 黑洞 – 整数质量。 图片来源:达勒姆大学
超大质量黑洞的视频静止图像。 图片来源:达勒姆大学
黑洞的视频静止图像 – 质量非常低。 图片来源:达勒姆大学

快进 19 年,借助来自美国宇航局哈勃望远镜和杜伦大学 DiRAC COSMA8 超级计算机设施的一些高分辨率图像,南丁格尔博士和他的团队能够重新审视并进一步探索它。

该团队希望这是能够更深入地探索黑洞之谜的第一步,未来的大型望远镜将帮助天文学家研究遥远的黑洞,以更多地了解它们的大小和大小。

更多信息:
James Nightingale 等人,Abell 1201:在强引力透镜中检测超大质量黑洞, 英国皇家天文学会月刊 (2023)。 DOI:10.1093/mnras/stad587

期刊信息:
英国皇家天文学会月刊


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