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Gravitationslichtkrümmung enthüllt eines der größten jemals entdeckten Schwarzen Löcher

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Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, bei dem das intensive Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs den Raum um es herum verzerrt. Dadurch werden Bilder des Hintergrundlichts, das sich fast direkt dahinter aufreiht, in deutliche kreisförmige Ringe verzerrt. Der Gravitationseffekt der „Linse“ bietet eine Beobachtungsmethode, um auf die Existenz von Schwarzen Löchern zu schließen und ihre Masse zu messen, basierend darauf, wie stark die Lichtbeugung ist. Das Hubble-Weltraumteleskop zielt auf ferne Galaxien, deren Licht sehr nahe an den Zentren verschachtelter Galaxien im Vordergrund vorbeigeht, von denen erwartet wird, dass sie supermassive Schwarze Löcher mit mehr als einer Milliarde Sonnenmassen beherbergen. Bildnachweis: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

Ein Team von Astronomen hat eines der größten jemals entdeckten Schwarzen Löcher entdeckt, indem es sich ein Phänomen namens Gravitationslinseneffekt zunutze gemacht hat.

Das Team unter der Leitung der Durham University im Vereinigten Königreich verwendete Gravitationslinsen – bei denen eine Vordergrundgalaxie Licht von einem entfernten Objekt beugt und vergrößert – und Supercomputer-Simulationen an der DiRAC HPC-Einrichtung, die es dem Team ermöglichten, genau zu untersuchen, wie Licht von a Schwarzes Loch in einer Galaxie Hunderte Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

Sie fanden ein supermassereiches Schwarzes Loch, ein Objekt mit mehr als 30 Milliarden Sonnenmassen in der Vordergrundgalaxie, eine Größe, die Astronomen selten sehen.

Dies ist das erste Schwarze Loch, das mit dieser Technik entdeckt wurde, da das Team Licht simuliert, das Hunderttausende Male durch das Universum wandert. Jede Simulation enthält ein Schwarzes Loch mit einer anderen Masse, das die Reise des Lichts zur Erde verändert.

Als die Forscher ein supermassereiches Schwarzes Loch in eine ihrer Simulationen einschlossen, stimmte der Weg des Lichts aus der fernen Galaxie zur Erde mit dem Weg überein, der auf echten Bildern des Hubble-Weltraumteleskops zu sehen war.

Die Ergebnisse wurden heute im Fachblatt veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der 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 entdeckten. Bildnachweis: Universität Durham

Der Hauptautor Dr. James Nightingale vom Department of Physics der Durham University sagte: „Dieses spezielle Schwarze Loch, etwa 30 Milliarden Mal so groß wie unsere Sonne, ist eines der größten, das jemals entdeckt wurde, und an der oberen Grenze dessen, wie groß wir sein können. Wir denke, dass schwarze Löcher ein Theoretiker werden können, also ist es eine sehr aufregende Entdeckung.“

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Gravitationslinsen treten auf, wenn das Gravitationsfeld einer Vordergrundgalaxie das Licht einer Hintergrundgalaxie zu beugen scheint, was bedeutet, dass wir es häufiger bemerken.

Wie ein echtes Objektiv vergrößert dieses auch die Hintergrundgalaxie, sodass Wissenschaftler sie detaillierter untersuchen können.

Video-Standbild – Schwarzes Loch – Linsengeometrie. Bildnachweis: Universität Durham
Video-Standbild – Schwarzes Loch – beobachtetes Bild. Bildnachweis: Universität Durham

Dr. Nightingale sagte: „Die meisten großen Schwarzen Löcher, die wir kennen, befinden sich in einem aktiven Zustand, in dem sich Materie, die in die Nähe des Schwarzen Lochs gezogen wird, erwärmt und Energie in Form von Licht, Röntgenstrahlen und anderer Strahlung freisetzt.“

Gravitationslinsen ermöglichen es jedoch, 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 kosmischer Zeit entwickelt haben. .“

Die Studie, an der auch das deutsche Max-Planck-Institut beteiligt ist, eröffnet die faszinierende Möglichkeit, dass Astronomen inaktive, massereichere Schwarze Löcher entdecken können als bisher angenommen, und untersuchen, wie sie so massereich werden.

Die Geschichte genau dieser Entdeckung begann im Jahr 2004, als Professor Alastair Edge, ein Astronom von der Durham University, bei der Überprüfung von SGS-Bildern einen riesigen Bogen einer Gravitationslinse bemerkte.

Video-Standbild – Schwarzes Loch – ganzzahlige Masse. Bildnachweis: Universität Durham
Video-Standbild eines supermassiven supermassiven Schwarzen Lochs. Bildnachweis: Universität Durham
Video-Standbild eines Schwarzen Lochs – sehr geringe Masse. Bildnachweis: Universität Durham

19 Jahre später und mit Hilfe einiger hochauflösender Bilder des Hubble-Teleskops der NASA und der DiRAC-COSMA8-Supercomputereinrichtungen 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, entfernte Schwarze Löcher zu untersuchen, um mehr über ihre Größe und Größe zu erfahren.

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Mehr Informationen:
James Nightingale et al., Abell 1201: Detecting a Supermassive Black Hole in Strong Gravitational Lensing, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad587

Zeitschrifteninformationen:
Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society


Magda Franke

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