Sellel pildil on kujutatud kunstniku poolt kvasari sisemisi piirkondi, mille keskel on supermassiivne must auk. Kuna gaasi ja tolmu ketas satub musta auku, tekitavad kõrged temperatuurid valgust. Erinevused selles valguses võivad aidata astronoomidel mõõta musta augu massi.
(Pilt: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penni osariik) / SDSS-i koostöö)
Koletise mustad augud peituvad enamiku universumi galaktikate keskpunktides ja nüüd aitab uus tehnika teadlastel mõõta universumi kõige suuremate mustade aukude massi, isegi kui need asuvad väga nõrkade ja kaugete keskustena. galaktikad. Uus lähenemisviis võib dramaatiliselt parandada teadlaste arusaamist sellest, kuidas need behemotid tekivad ja arenevad ning kuidas nad mõjutavad galaktikate evolutsiooni.
"See on esimene kord, kui oleme nii kaugele mõõtnud nii paljude ülimaitsvate mustade aukude masse," ütles Penni osariigi järeldoktor Catherine Grier Sloan Digital Sky Survey (SDSS) avalduses. Grier juhtis projekti, mille eesmärk oli SDSS-i andmete abil arvukalt niinimetatud supermassiivsete mustade aukude masside mõõtmist. Ta teatas tulemustest teisipäeval (9. jaanuaril) Ameerika astronoomiaühingu koosolekul National Harboris, Marylandis.
"Need uued mõõtmised ja sarnased tulevased mõõtmised pakuvad olulist teavet inimestele, kes uurivad, kuidas galaktikad kogu kosmilise aja jooksul kasvavad ja arenevad," ütles Grier. [Pildid: Universumi mustad augud]
Massi mõõtvad mustad augud
Aastakümnete pikkuste galaktiliste vaatluste põhjal teoreetivad astronoomid, et peaaegu iga suure galaktika südames on supermassiivne must auk (SMBH). Need koletud metsalised võivad olla miljonid või miljardeid kordi massiivsemad kui Maa päike. Mustad augud ei kiirga ega peegelda valgust, seega ei ole neid SMBH-sid otse näha. Kuid kui SMBH raskusjõud tõmbab ümbritsevast galaktikast tolmu ja gaasi, loob see materjali keeriseva ketta, mis langeb musta auku. See sissetungiv materjal kuumeneb ja hakkab kiirgama valgust, muutes musta augu "nähtavaks" (ehkki kaudselt). Mõnel juhul muutub nende ketaste valgus heledamaks kui kõik galaktika tähed; neid uskumatult heledaid galaktikaid nimetatakse siis aktiivseteks galaktilisteks tuumadeks (AGN). Heledaimaid AGN-sid nimetatakse kvaasariteks, mida astronoomid näevad kogu nähtava universumi ulatuses; need näitavad avalduse kohaselt supermassiivse musta augu olemasolu.
Mustadel aukutel on ainult kolm mõõdetavat omadust - mass, keerutamine ja laeng - seega on massi arvutamisel tohutu osa üksiku musta augu mõistmisel. Lähedalasuvates galaktikates saavad astronoomid jälgida, kuidas tähtede ja gaasi rühmad galaktikakeskuses liiguvad, ja kasutada neid liikumisi keskse musta augu massi arvutamiseks. Kuid kauged galaktikad asuvad nii kaugel, et teleskoobid ei suuda avalduse kohaselt lahendada musta augu ümber olevaid tähti ja pilvi.
Korduskaardistamise meetodina tuntud meetod on võimaldanud astronoomidel mõõta nende äärepoolsete mustade aukude massi. Esiteks võrdlesid teadlased galaktika välimises piirkonnas kiirgava gaasi heledust galaktika sisepiirkonnas leiduva gaasi heledusega. (Seda sisemist piirkonda, mis on väga lähedal mustale augule, nimetatakse kontinuuaalseks piirkonnaks). Kontinuumi piirkonnas olev gaas mõjutab kiiresti liikuvat gaasi kaugemal. Valgus võtab aga väljapoole liikumiseks või tagasipööramiseks aega, põhjustades viivituse sisepiirkonnas toimuvate muutuste ja nende välispiirkonna mõju vahel. Viivituse mõõtmine näitab, kui kaugel on välimine gaasi ketas mustast august. Koos pöörlemiskiirusega galaktika ümber võimaldab see astronoomidel mõõta SMBH massi, ütles Grier Space.com-i meilis.
Kuid protsess on valusalt aeglane. Kaja efekti jälgimiseks tuleb üksikut galaktikat uurida ikka ja jälle mitu kuud, samas kui kauged kvaasarid võivad võtta mitu aastat korduvaid vaatlusi, ütlesid teadlased avalduses. Viimase 20 aasta jooksul on astronoomidel õnnestunud kasutada reverbereerimistehnikat ainult umbes 60 SMBH lähedal asuvates galaktikates ja käputäis kaugeid kvaasreid.
SDSS-i reverberatsiooni kaardistamise projekti osana on Grier ja tema kolleegid alustanud SMBH-de kaardistamist varem kui võimalik. Selle kiirema kaardistamise võti pärineb projekti jaoks pühendatud laia vaatega teleskoobist, mis asub New Mexico osariigis Sunspotis asuvas Apache Pointi vaatluskeskuses, mis võib Grieri sõnul koguda andmeid mitme kvaasari kohta korraga. Praegu jälgib taevalaotust, mis sisaldab umbes 850 kvaasari.
Teadlased vaatasid kvaasreid Kanada-Prantsusmaa-Hawaii teleskoobiga Hawaiil ja Steward Observatory Bok-teleskoobiga Arizonas, et kalibreerida uskumatult nõrkade objektide mõõtmisi. Kokku on teadlased mõõtnud 44 kvaasari puhul järelkaja viivitusi ja nad kasutasid neid mõõtmisi musta augu masside arvuks, mis on Maa päikese massist 5 miljonit kuni 1,7 miljardit korda suurem, väitis avaldus.
"See on kvaasiteaduse jaoks suur samm edasi," ütles avalduses Kalifornias Irvine'is astronoomiaprofessor Aaron Barth, kes polnud meeskonna uurimistöösse kaasatud. "Nad on esimest korda näidanud, et neid raskeid mõõtmisi saab teha masstootmise režiimis."
Uued mõõtmised suurendavad galaktika SMBH massi mõõtmiste koguarvu umbes kahe kolmandiku võrra. Kuna paljud neist galaktikatest on väga kaugel, näitavad uued mõõtmised SMBH-masse kaugemast ajast, kuni universum oli vaid pool praegusest vanusest.
Jätkates 850 kvasari jälgimist SDSS-teleskoobiga mitme aasta jooksul, kogub meeskond aastaid andmeid, mis võimaldab neil mõõta veelgi õhemate kvaasarite masse, mille pikemaid viivitusi ei saa ühe aasta andmetega mõõta.
"Kvaasrite vaatluste saamine mitme aasta jooksul on ülioluline heade mõõtmiste saamiseks," ütles Yino Shen, Illinoisi ülikooli abiprofessor ja SDSSi järelkaja kaardistamise projekti peauurija. "Kui jätkame oma projekti järjest rohkemate kvaasarite jälgimiseks veel aastaid, saame paremini aru, kuidas supermassiivsed mustad augud kasvavad ja arenevad."
Pärast seda, kui SDSSi praegune neljas etapp lõppeb 2020. aastal, algab viies etapp, SDSS-V. SDSS-V pakub uut programmi nimega Black Hole Mapper, mille abil teadlased kavatsevad mõõta SMBH masse enam kui 1000 kvaasis, jälgides õhemaid ja vanemaid kvaasare, kui ükski reverberatsiooni kaardistamise projekt eales õnnestunud.
"Black Hole Mapper laseb meil liikuda supermassiivse musta augu jäljendamise kaardistamise ajastusse tõelises tööstuslikus mastaabis," ütles Niel Brandt, Penn State'i astronoomia ja astrofüüsika professor ning SDSSi kauaaegne liige, oma avalduses. "Me õpime nende salapäraste objektide kohta rohkem kui kunagi varem."
