Astronomer har "vejet" kun de nærmeste supermassive sorte huller. Nu, med en tyngdekraftslinse og Einstein-ring, har de vejet 12 milliarder lysår væk.
Observation med højeste opløsning nogensinde af tyngdekraftslinsesystemet SDP.81 og dets Einstein-ring. Billed via ALMA (NRAO / ESO / NAOJ); B. Saxton NRAO / AUI / NSF
EN gravitationslinse sker, når astronomer på Jorden ser mod en enorm galakse eller galakse klynge, så massiv, at dens tyngdekraft forvrænger ethvert lys, der passerer i nærheden. Den massive genstand fungerer som en linse i rummet, spreder lyset ud, ofte for at producere flere billeder af et fjernere objekt, der tilfældigvis skinner bag det. Eller, hvis det fjerne baggrundsobjekt og den mellemliggende massive galakse er perfekt på linje, kan gravitationslinsen sprede lyset for at frembringe et billede af en ring i rummet.
Et ringformet billede produceret på denne måde kaldes et Einstein Ring. Ringen i sig selv er ikke en reel fysisk struktur i rummet, men bare et spil af lys og tyngdekraft, et resultat af gravitationslinsevirkningen. Og alligevel har disse Einstein-ringe afsløret nogle af kosmos mysterier for astronomerne, der studerer dem.
Astronomer i Asien annoncerede denne uge (30. september 2015), at de har fået de klareste billeder nogensinde af en tyngdekraftslinser kaldet SDP.81. De studerede omhyggeligt Einstein-ringen produceret af dette system for at beregne, at et supermassivt sort hul placeret nær centrum af SDP.81 - linsegalaksen - kan indeholde over 300 millioner gange massen af vores sol.
Med andre ord lader gravitationslinsen og dens resulterende Einstein-ring dem veje et sort hul. Det Astrofysisk tidsskrift offentliggjorde deres resultater den 28. september.
Astronomer bestemte, at forgrundsgalaksen i SDP.81-systemet, hvis masse linse baggrundsskilde ind i Einstein-ringen, indeholder et supermassivt sort hul med mere end 300 millioner solmasser. Billede via ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Kenneth Wong (ASIAA).
Holdet sagde også, at der kun er to galakser i dette Einstein Ring-system. Den massive forgrundsgalakse - objektet, der gør linsen - er 4 milliarder lysår væk. Og baggrundsgalaksen er 12 milliarder lysår væk. Tyngdekraften i den massive forgrundgalakse virker på lyset fra baggrundsgalaksen for at skabe ringstrukturen.
Baggrundsgalaksen indeholder en stor mængde støv, der er blevet opvarmet af kraftig stjernedannelse, hvilket får den til at skinne lyst i submillimeterlys.
Disse astronomer brugte et teleskop, der var følsomt over for denne form for lys - Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i Chile - til at erhverve billederne.
Det venstre panel viser forgrundslinsegalaksen (observeret med Hubble) og tyngdekraftslinsesystemet SDP.81, som danner en næsten perfekt Einsteinring, men næppe er synlig. Det midterste billede viser det skarpe ALMA-billede af Einsteinringen. Linseegalaksen i forgrunden er usynlig for ALMA, da den ikke udsender stærkt submillimeterbølgelængdelys. Det resulterende rekonstruerede billede af den fjerne galakse (til højre) ved hjælp af sofistikerede modeller af den forstørrelsesgravitationslinse afslører fine strukturer i ringen, der aldrig er blevet set før: flere kæmpe skyer af støv og kold molekylær gas, som er fødesteder for stjerner og planeter . Billede via ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Y. Tamura (University of Tokyo) / Mark Swinbank (Durham University).
Tre astronomer ved Institut for Astronomi og Astrofysik (ASIAA) med hovedkvarter på campus ved National Taiwan University gennemførte denne undersøgelse. De er postdoktor Kenneth Wong, assisterende stipendiat Sherry Suyu og associeret stipendiat Satoki Matsushita.
De "vejes" selve den massive forgrundslinsegalakse og fandt, at den indeholder over 350 milliarder gange massen af vores sol. Deres erklæring forklarede:
Wong analyserede sammen med Suyu og Matsushita de centrale regioner i SDP.81 og fandt, at det forudsagte centrale billede af baggrundsgalaksen var ekstremt svag. Lenseringsteori forudsiger, at det centrale billede af et linsesystem er meget følsomt over for massen af et supermassivt sort hul i linsegalaksen: jo mere massivt det sorte hul, desto svagere er det centrale billede.
Fra dette beregnet de, at det supermassive sorte hul, der ligger meget tæt på centrum af SDP.81, kan indeholde over 300 millioner gange solens masse.
Den første forfatter af artiklen, Dr. Kenneth Wong, forklarede, at næsten alle massive galakser ser ud til at have supermassive sorte huller i deres centre:
‘De kan være millioner eller endda milliarder gange mere massive end solen. Vi kan dog kun direkte beregne massen for meget nærliggende galakser. Med ALMA har vi nu følsomheden til at se efter det centrale billede af linsen, som kan give os mulighed for at bestemme massen af langt mere fjerne sorte huller.
Disse astronomer sagde, at måling af masserne af fjernere sorte huller er nøglen til at forstå deres forhold til deres værtsgalakser, og hvordan de vokser over tid.
Se større. | Ignorer afstandene på dette diagram (det er fra en anden kilde) og læg bare mærke til, hvordan en gravitationslinse fungerer. Billede via Herschel ATLAS Gravitationslinser.
Nederste linje: Astronomer kan direkte "veje" kun de nærmeste supermassive sorte huller i galaksecentre. Ved hjælp af en gravitationslinse og en Einstein-ring vejede de nu et sort hul midt i galaksen, der ligger 12 milliarder lysår væk.