光屈曲現象により巨大な300億太陽質量ブラックホール公開

Durham Universityが率いる天文学者たちは、DiRAC HPC施設で重力レンズ効果とスーパーコンピュータシミュレーションを活用して、太陽の300億倍以上の質量を持つ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。 宇宙を通過する光をシミュレートするこの画期的な技術により、研究者は実際のハッブル宇宙望遠鏡画像に見られる光の経路を正確に予測することができました。 この発見は 王立天文学会月刊発表。

天文学者チームは、重力レンズ現象という現象を利用して、これまで発見された最大のブラックホールの一つを発見しました。

光を曲げる重力

イギリスのダーラム大学が率いるチームは、重力レンズ効果（前面の銀河がより遠くにある物体の光を曲げて拡大する現象）とDiRAC HPC施設でスーパーコンピュータシミュレーションを使用して光がどのように曲がるかを詳しく調べることができました。 地球から数億光年離れた銀河系内部のブラックホール。

チームは宇宙を数十万回移動する光をシミュレートし、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20億光年離れた銀河で太陽質量の300億倍に達するブラックホールを発見するために重力レンズ効果を使用した方法を示すビデオ。 クレジット：ダーラム大学

宇宙の時間を振り返って

私たちが知っているほとんどの最大のブラックホールは活性状態にあり、ブラックホールの近くに引き寄せられた物質が加熱され、光、X線、その他の放射線の形でエネルギーを放出します。

重力レンズ効果は、不活性ブラックホールの研究を可能にします。 遠い銀河では現在不可能です。 このアプローチにより、天文学者は以前考えていたよりもはるかに不活性で超大型のブラックホールを発見し、ブラックホールがどのように大きくなったかを調べることができます。

この特別な発見の話は、2004年にダーラム大学の仲間の天文学者であるAlastair Edge教授が銀河の調査画像を調べたときに重力レンズの巨大な弧を発見したことから始まりました。

19年を早く巻き、超高解像度画像の助けを借りて[{” 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.