Największe supermasywne czarne dziury najczęściej odkrywane są w odległych galaktykach kiedy pochłaniają olbrzymie ilości materii znajdującej się w ich bezpośrednim otoczeniu. Materia tworząca dysk akrecyjny wokół czarnej dziury rozgrzewa się do niewiarygodnych temperatur i emituje olbrzymie ilości promieniowania m.in. w zakresie rentgenowskim. Badanie właściwości i dynamiki tego promieniowania pozwala ustalić właściwości samej supermasywnej czarnej dziury.
Dużo większym problemem jest poszukiwanie spokojnych supermasywnych czarnych dziur, w których otoczeniu nie ma przesadnie dużo materii. Pasywne czarne dziury bez dysku akrecyjnego, szczególnie te znajdujące się w odległych galaktykach są dla nas praktycznie niewidoczne. Możemy śmiało założyć, że takich obiektów we wszechświecie jest mnóstwo, choć do teraz pozostawało całkowicie poza naszym zasięgiem.
Czarna dziura jako soczewka grawitacyjna
W 1979 roku astronomowie odkryli na niebie nietypowy obiekt. Szczegółowe badania pozwoliły po jakimś czasie ustalić, że jest to bardzo odległy podwójny kwazar Q0957+561, który normalnie byłby dla nas niewidoczny, jednak dzięki temu, że dokładnie między nim a nami znajduje się masywna gromada galaktyk, wyemitowane przez niego promienie zostały zakrzywione tak, że światło z odległego kwazaru zostało skupione na Ziemi, dzięki czemu mogliśmy zobaczyć go jaśniejszym niż jest w rzeczywistości i w nieco zdeformowanym kształcie.
Soczewkowanie grawitacyjne od tego czasu pozwoliło naukowcom odkryć wiele obiektów, które normalnie nie byłyby dla nas osiągalne, lub byłyby zbyt ciemne dla naszych instrumentów obserwacyjnych. Okazało się jednak, że masywne obiekty, takie jak galaktyki, czy nawet gromady galaktyk działają jak najzwyklejsze soczewki na Ziemi i potrafią skupić i doprowadzić do pojaśnienia obrazu źródła promieniowania znajdującego się za nimi.
Czytaj także: Czarna dziura w naszej Galaktyce przecieka. To pozostałość po dawnym potężnym zjawisku
Na przestrzeni lat, wraz z rozwojem algorytmów naukowcy opracowali metody analizy zniekształconych przez soczewki grawitacyjne obrazów i odtwarzania rzeczywistego wyglądu soczewkowanych galaktyk. Aby tego dokonać, kluczowe było ustalenie rozkłady masy w obiekcie soczewkującym (galaktyce, gromadzie galaktyk).
Gargantuiczna supermasywna czarna dziura
Naukowcy z Uniwersytetu w Durham w Wielkiej Brytanii wykorzystali właśnie zjawisko soczewkowania grawitacyjnego i symulacje prowadzone na superkomputerze do odkrycia jednej z największych supermasywnych czarnych dziur. Co ciekawe, owa rekordowa czarna dziura nie znajduje się w odległej galaktyce powiększonej i dostrzeżonej dzięki soczewce grawitacyjnej, a właśnie w samej soczewce.
W 2004 roku prof. Alastair Edge z Uniwersytetu w Durham odkrył w danych z przeglądu galaktyk bardzo długi łuk, który okazał się zniekształconym obrazem odległej galaktyki, której obraz został powiększony przez galaktykę znajdującą się znacznie bliżej nas.
Szczegółowa analiza zdjęć wykazała, że drugi zniekształcony obraz tej samej galaktyki można znaleźć także w bezpośrednim otoczeniu centrum galaktyki stanowiącej soczewkę.
Wykorzystując dotychczasową wiedzę, naukowcy postanowili wprowadzić do symulacji uruchomionej na superkomputerze COSMA8 wysokiej rozdzielczości zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Następnie superkomputer uruchomił serię setek tysięcy symulacji, zmieniając w każdej z nich masę supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki Abell 1201 będącej soczewką. Wynikiem każdej takiej symulacji był obraz przedstawiający jak wyglądałby zniekształcony przez taką czarną dziurę obraz galaktyki soczewkowanej (znajdującej się dalej). Wszak różna masa będzie w różnym stopniu zakrzywiała drogę promieniowania emitowanego przez odległą soczewkowaną galaktykę, co z kolei będzie wpływało na widoczne na Ziemi zniekształcenie jej obrazu.
W ten sposób udało się ustalić, że ultramasywna czarna dziura w centrum Abell 1201 ma masę ponad 30 miliardów razy większą od masy Słońca. Jest to zatem jedna z najmasywniejszych supermasywnych czarnych dziur, jakie udało się dotąd odkryć. Dla porównania supermasywna czarna dziura w centrum naszej galaktyki ma masę “zaledwie” cztery miliony razy większą od Słońca i jest tym samym kilka tysięcy razy mniej masywna od omawianej tutaj czarnej dziury w centrum soczewki grawitacyjnej.
Odkrycie tej supermasywnej czarnej dziury jest już samo w sobie fascynującym osiągnięciem. Naukowcy jednak zauważają, że wykorzystując powyższą metodę będą mogli teraz odkrywać znacznie więcej nieaktywnych czarnych dziur, które dotychczas pozostawały poza naszym zasięgiem. Możliwe, że właśnie otworzyło się zupełnie nowe okno na astronomię czarnych dziur w odległym wszechświecie.