光の屈折現象で300億太陽項の質量を持つ超大質量ブラックホールを発見

天文学者のチームは、重力レンズと呼ばれる現象を利用して、これまでに発見された最大のブラック ホールの 1 つを発見しました。

光の曲線重力

英国のダラム大学が率いるチームは、前景の銀河が曲がって遠くの物体からの光を拡大する重力レンズ効果を使用し、DiRAC HPC 施設でのスーパーコンピューター シミュレーションにより、チームは光がブラック ホールによってどのように曲げられるかを詳細に調べることができました。地球から何百万光年も離れた銀河の中にあります。

チームは、宇宙を通過する光を何十万回もシミュレートしましたが、各シミュレーションには異なる質量が含まれていました[{” 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.

天文学者が重力レンズ効果を使用して、20 億光年離れた銀河で太陽の 300 億倍の質量のブラック ホールを発見した方法を示すビデオ。 クレジット: ダラム大学

宇宙時間を振り返る

私たちが知っている最大のブラック ホールのほとんどは活動状態にあり、ブラック ホールの近くに引き寄せられる物質が加熱され、光、X 線、およびその他の放射線の形でエネルギーを放出します。

重力レンズ効果により、遠方の銀河では現在不可能な、活動していないブラック ホールの研究が可能になります。 このアプローチにより、天文学者は、これまで考えられていたよりも巨大な非活動ブラック ホールを検出し、それらがどのように巨大化するかを調査できるようになる可能性があります。

まさにこの発見の話は、2004 年に仲間のダーラム大学の天文学者である Alastair Edge 教授が SGS 画像を検討しているときに重力レンズの巨大な弧に気付いたときに始まりました。

19年早送りし、いくつかの非常に高解像度の写真の助けを借りて[{” 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.