Ein Team von Astronomen hat eines der größten jemals gefundenen Schwarzen Löcher entdeckt, indem es sich ein Phänomen namens Gravitationslinseneffekt zunutze gemacht hat.
Das Team unter der Leitung der Durham University, Großbritannien, verwendete Gravitationslinsen – bei denen eine Vordergrundgalaxie das Licht von einem weiter entfernten Objekt beugt und vergrößert – und Supercomputersimulationen auf der DiRAC HPC-Anlage, die es dem Team ermöglichten, genau zu untersuchen, wie Licht gebogen wird durch ein Schwarzes Loch in einer Galaxie Hunderte Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Sie fanden ein ultramassereiches Schwarzes Loch, ein Objekt mit über 30 Milliarden Sonnenmassen in der Vordergrundgalaxie – eine Größe, die Astronomen selten sehen.
Dies ist das erste Schwarze Loch, das mit dieser Technik gefunden wurde, bei der das Team Licht simuliert, das Hunderttausende Male durch das Universum wandert. Jede Simulation beinhaltet ein Schwarzes Loch mit einer anderen Masse, das die Reise des Lichts zur Erde verändert.
Als die Forscher ein ultramassereiches Schwarzes Loch in eine ihrer Simulationen einschlossen, entsprach der Weg, den das Licht aus der fernen Galaxie nahm, um die Erde zu erreichen, dem Weg, der auf echten Bildern des Hubble-Weltraumteleskops zu sehen war.
Die Ergebnisse werden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
Ein Video, das zeigt, wie Astronomen mit Hilfe von Gravitationslinsen ein schwarzes Loch mit 30 Milliarden Sonnenmassen in einer 2 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie entdeckten. Bildnachweis: Universität Durham
Der Hauptautor Dr. James Nightingale vom Physikalischen Institut der Durham University sagte: „Dieses spezielle Schwarze Loch, das etwa 30 Milliarden Mal die Masse unserer Sonne hat, ist eines der größten, das jemals entdeckt wurde, und an der Obergrenze unserer Größe glauben, dass schwarze Löcher theoretisch werden können, also ist es eine äußerst aufregende Entdeckung.“
Eine Gravitationslinse tritt auf, wenn das Gravitationsfeld einer Vordergrundgalaxie das Licht einer Hintergrundgalaxie zu beugen scheint, was bedeutet, dass wir sie mehr als einmal beobachten.
Wie ein echtes Objektiv vergrößert dies auch die Hintergrundgalaxie, sodass Wissenschaftler sie detaillierter untersuchen können.
Dr. Nightingale sagte: „Die meisten der größten Schwarzen Löcher, die wir kennen, befinden sich in einem aktiven Zustand, in dem Materie, die in die Nähe des Schwarzen Lochs gezogen wird, sich erwärmt und Energie in Form von Licht, Röntgenstrahlen und anderer Strahlung freisetzt. “
„Gravitationslinsen machen es jedoch möglich, inaktive Schwarze Löcher zu untersuchen, was derzeit in fernen Galaxien nicht möglich ist. Dieser Ansatz könnte es uns ermöglichen, viel mehr Schwarze Löcher außerhalb unseres lokalen Universums zu entdecken und zu enthüllen, wie sich diese exotischen Objekte in weiter zurückliegender kosmischer Zeit entwickelt haben.“
Die Studie, an der auch das deutsche Max-Planck-Institut beteiligt ist, eröffnet die verlockende Möglichkeit, dass Astronomen weitaus mehr inaktive und ultramassive Schwarze Löcher entdecken können als bisher angenommen, und untersuchen, wie sie so groß wurden.
Die Geschichte dieser besonderen Entdeckung begann im Jahr 2004, als Professor Alastair Edge, Astronom an der Durham University, bei der Überprüfung von Bildern einer Galaxiendurchmusterung einen riesigen Bogen einer Gravitationslinse bemerkte.
19 Jahre später und mit Hilfe einiger extrem hochauflösender Bilder des Hubble-Teleskops der NASA und der DiRAC-COSMA8-Supercomputer-Einrichtungen an der Durham University konnten Dr. Nightingale und sein Team dies erneut überprüfen und weiter erforschen.
Das Team hofft, dass dies der erste Schritt ist, um eine tiefere Erforschung der Geheimnisse der Schwarzen Löcher zu ermöglichen, und dass zukünftige Großteleskope Astronomen dabei helfen werden, noch weiter entfernte Schwarze Löcher zu untersuchen, um mehr über ihre Größe und ihren Umfang zu erfahren.
Mehr Informationen:
James Nightingale et al, Abell 1201: Nachweis eines ultramassiven Schwarzen Lochs in einer starken Gravitationslinse, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad587