Dobra de luz gravitacional revela um dos maiores buracos negros já descobertos

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A impressão de um artista de um buraco negro, em que o intenso campo gravitacional de um buraco negro distorce o espaço ao seu redor. Isso distorce as imagens da luz de fundo, alinhadas quase diretamente atrás dela, em anéis circulares distintos. O efeito gravitacional “lente” fornece um método observacional para inferir a existência de buracos negros e medir sua massa, com base em quão significativa é a curvatura da luz. O Telescópio Espacial Hubble visa galáxias distantes cuja luz passa muito perto dos centros das galáxias aninhadas em primeiro plano, que se espera que hospedem buracos negros supermassivos com mais de um bilhão de vezes a massa do Sol. Crédito da imagem: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

Uma equipe de astrônomos descobriu um dos maiores buracos negros já descobertos, aproveitando um fenômeno chamado lente gravitacional.

A equipe, liderada pela Universidade de Durham, no Reino Unido, usou lentes gravitacionais – onde uma galáxia em primeiro plano dobra e amplia a luz de um objeto distante – e simulações de supercomputador nas instalações DiRAC HPC, que permitiram à equipe examinar de perto como a luz é curvada por um buraco negro dentro de uma galáxia. Centenas de milhões de anos-luz de distância da Terra.

Eles encontraram um buraco negro supermassivo, um objeto com mais de 30 bilhões de vezes a massa do nosso Sol, na galáxia em primeiro plano, uma escala raramente vista pelos astrônomos.

Este é o primeiro buraco negro descoberto usando essa técnica, já que a equipe simula a luz viajando pelo universo centenas de milhares de vezes. Cada simulação inclui um buraco negro de massa diferente, que altera a jornada da luz para a Terra.

Quando os pesquisadores incluíram um buraco negro supermassivo em uma de suas simulações, o caminho percorrido pela luz da galáxia distante para chegar à Terra correspondia ao caminho visto em imagens reais feitas pelo Telescópio Espacial Hubble.

Os resultados foram publicados hoje na revista Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.

Um vídeo mostrando como os astrônomos usaram lentes gravitacionais para descobrir um buraco negro de 30 bilhões de vezes a massa do Sol em uma galáxia a 2 bilhões de anos-luz de distância. Crédito: Universidade de Durham

O principal autor, Dr. James Nightingale, do Departamento de Física da Universidade de Durham, disse: “Este buraco negro em particular, com cerca de 30 bilhões de vezes a massa do nosso Sol, é um dos maiores já descobertos e está no limite superior de quão grande podemos ser. Nós acho que os buracos negros podem se tornar um teórico, então é uma descoberta muito emocionante.”

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A lente gravitacional ocorre quando o campo gravitacional de uma galáxia em primeiro plano parece dobrar a luz de uma galáxia de fundo, o que significa que a notamos com mais frequência.

Como uma lente real, esta também amplia a galáxia de fundo, permitindo que os cientistas a estudem com mais detalhes.

Imagem estática de vídeo – buraco negro – geometria da lente. Crédito: Universidade de Durham
Imagem estática de vídeo – buraco negro – imagem observada. Crédito: Universidade de Durham

Dr. Nightingale disse: “A maioria dos grandes buracos negros que conhecemos estão em um estado ativo, onde a matéria sendo puxada para perto do buraco negro se aquece e libera energia na forma de luz, raios-X e outras radiações”.

No entanto, as lentes gravitacionais permitem estudar buracos negros inativos, algo que atualmente não é possível em galáxias distantes. Essa abordagem pode nos permitir detectar muito mais buracos negros fora do nosso universo local e revelar como esses objetos exóticos evoluíram no tempo cósmico. .”

O estudo, que também envolve o Instituto Max Planck da Alemanha, abre a tentadora possibilidade de que os astrônomos possam descobrir buracos negros inativos e mais massivos do que se pensava anteriormente, e investigar como eles crescem tanto.

A história dessa descoberta começou em 2004, quando o colega astrônomo da Universidade de Durham, professor Alastair Edge, notou um arco gigante de uma lente gravitacional ao revisar as imagens da SGS.

Imagem estática de vídeo – buraco negro – massa inteira. Crédito: Universidade de Durham
Imagem estática de vídeo de um buraco negro supermassivo supermassivo. Crédito: Universidade de Durham
Imagem estática de vídeo de um buraco negro – massa muito baixa. Crédito: Universidade de Durham

Avançando 19 anos e com a ajuda de algumas imagens de alta resolução do Telescópio Hubble da NASA e das instalações do supercomputador DiRAC COSMA8 na Universidade de Durham, o Dr. Nightingale e sua equipe puderam revisitar isso e explorá-lo ainda mais.

A equipe espera que este seja o primeiro passo para permitir uma exploração mais profunda dos mistérios dos buracos negros, e que futuros telescópios de grande escala ajudem os astrônomos a estudar buracos negros distantes para aprender mais sobre sua magnitude e tamanho.

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Mais Informações:
James Nightingale et al., Abell 1201: Detectando um buraco negro supermassivo em lentes gravitacionais fortes, Avisos Mensais da Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad587

Informações do jornal:
Avisos Mensais da Royal Astronomical Society


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