Ez a kép azt mutatja, hogy a művész a kvazár belső részeit a központi részén egy szupermasszív fekete lyukkal táplálja. Ahogy a gáz- és porlemez beleesik a fekete lyukba, a magas hőmérsékletek fényt teremtenek. A fény eltérései segíthetnek a csillagászoknak megmérni a fekete lyuk tömegét.
(Kép: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / SDSS együttműködés)
A szörnyeteg fekete lyukak az univerzum legtöbb galaxisának központjában rejtőznek, és most egy új technika segít a tudósoknak mérni az univerzum legnagyobb legnagyobb fekete lyukainak tömegét, még akkor is, ha nagyon halk, távoli központokban fekszenek. galaxisok. Az új megközelítés drámaian javíthatja a tudósok megértését arról, hogy ezek a behemótok hogyan alakulnak és alakulnak ki, és hogyan befolyásolják a galaxisok evolúcióját.
"Ez az első alkalom, amikor olyan sok szupermasszív fekete lyukhoz közvetlenül mértük a tömeget eddig" - mondta Catherine Grier, a Penn State posztdoktori ösztöndíja a Sloan Digital Sky Survey (SDSS) nyilatkozatában. Grier vezetett egy projektet, amelynek célja SDSS adatok felhasználásával mérni az úgynevezett szupermasszív fekete lyukak tömegeit. Az eredményeket kedden (január 9.) jelentette be az amerikai csillagászati társaság ülésén, a Maryland-i Nemzeti Harborban.
"Ezek az új mérések és a hasonló jövőbeli mérések alapvető információkat nyújtanak az emberek számára, akik tanulmányozzák a galaxisok növekedését és fejlődését a kozmikus idő alatt" - mondta Grier. [Képek: Az univerzum fekete lyukak]
Tömegmérő fekete lyukak
A több évtizedes galaktikus megfigyelések alapján a csillagászok elméletük szerint szinte minden nagy galaxis szívében szupermasszív fekete lyuk (SMBH) található. Ezek a szörnyű vadállatok milliókkal vagy milliárdszor tömegesek lehetnek, mint a Föld napja. A fekete lyukak nem sugároznak vagy tükrözik a fényt, így ezeket az SMBH-ket nem lehet közvetlenül látni. Mivel azonban egy SMBH gravitációja bevonja a port és a gázt a környező galaxisból, az anyag egy kavargó korongot hoz létre, amely a fekete lyukba esik. Ez a beeső anyag felmelegszik, és elkezdi a sugárzást, és így a fekete lyuk "láthatóvá" válik (bár közvetetten). Egyes esetekben a lemezekből származó fény világosabb lesz, mint a galaxis összes csillaga; ezeket a hihetetlenül fényes galaxisokat akkor aktív galaktikus magoknak (AGN) nevezik. A legfényesebb AGN-t kvazároknak nevezik, amelyeket a csillagászok egészen a látható világegyetemben láthatnak; az állítás szerint szupermasszív fekete lyuk jelenlétét jelzik.
A fekete lyukaknak csak három mérhető tulajdonsága van - tömeg, centrifugálás és töltés -, így a tömeg kiszámítása óriási része az egyes fekete lyukak megértésének. A közeli galaxisokban a csillagászok megfigyelhetik, hogy a csillagcsoportok és a gázok hogyan mozognak a galaktikus központ körül, és ezeket a mozgásokat használják a központi fekete lyuk tömegének kiszámításához. De a távoli galaxisok olyan messze fekszenek, hogy a távcsövek nem tudják megoldani a csillagok és a felhők körüli anyagfelhők a fekete lyuk körül.
A reverberációs térképezésnek nevezett technika lehetővé tette a csillagászoknak, hogy megmérjék ezen kívül lévő fekete lyukak tömegét. A kutatók először összehasonlítják a sugárzó gáz fényerejét a galaxis külső régiójában és a galaxis belső részében található gáz fényerősségét. (Ezt a fekete lyukhoz nagyon közel eső belső régiót folytonos régiónak nevezzük). A kontinentális régióban lévő gáz a távolabb lévő gyorsan mozgó gázt befolyásolja. A fénynek azonban időre van szüksége a kifelé történő elmozduláshoz vagy az utólagos visszhangzáshoz, ami késleltetést okoz a belső régióban megfigyelt változások és a külső régióra gyakorolt hatásuk között. A késés mérésével kiderül, hogy milyen messze van a külső gázkorong a fekete lyuktól. A galaxis körüli forgási sebességgel együtt ez lehetővé teszi a csillagászok számára az SMBH tömegének mérését - mondta Grier az Space.com-nak egy e-mailen.
De a folyamat fájdalmasan lassú. A visszatükröződés megfigyelése érdekében az egyes galaxisokat több hónapig újra és újra kell tanulmányozni, míg a távoli kvazárok több évig tartó ismételt megfigyeléseket igényelhetnek - mondták a kutatók nyilatkozatban. Az elmúlt 20 évben a csillagászok mindössze 60 SMBH-nak a közeli galaxisokban és egy maroknyi távoli kvazárral sikerült használni a reververációs technikát.
Az SDSS Reverberation Mapping Project részeként Grier és munkatársai a korábbiakhoz képest gyorsabban kezdték meg az SMBH-k feltérképezését. A gyorsabb leképezés kulcsa a projekt dedikált, széles látószögű távcsőjéből származik, amely az új mexikói Sunspotban található Apache Point Obszervatóriumban található, és Grier szerint több kvazárról is tud adatokat gyűjteni egyszerre. Jelenleg az ég foltját figyeli, amely körülbelül 850 kvazárt tartalmaz.
A kutatók megfigyelték a kvazárokat a Hawaii-i Kanada-Franciaország-Hawaii-távcsővel és az arizonai Steward Observatory Bok-távcsővel, hogy kalibrálják a hihetetlenül halvány tárgyak méréseit. Összességében a kutatók mára 44 kvazár reverberációs késleltetését mérték, és ezeket a méréseket arra használják, hogy kiszámítsák a fekete lyuk tömegét, amely a Föld napjának tömege 5 és 1,7 milliárdszorosa közötti tartományban van.
"Ez nagy előrelépés a kvazár tudomány felé" - nyilatkozta Aaron Barth, az Irvine-i kaliforniai egyetem csillagászati professzora, aki nem vett részt a csapat kutatásában. "Először megmutatták, hogy ezeket a nehéz méréseket tömegtermelési módban lehet elvégezni."
Az új mérések körülbelül kétharmadával növelik a galaktikus SMBH tömegmérések számát. Mivel ezeknek a galaxisoknak nagyon messze van a távolsága, az új mérések az SMBH tömegeket mutatják vissza az időből, egészen addig az időig, amikor az univerzum csak a fele a jelenlegi életkorának.
Ha a több mint éven keresztül folytatja a 850 kvazár megfigyelését az SDSS teleszkóppal, a csapat évek adatait halmozza fel, amelyek lehetővé teszik számukra a még gyengébb kvazárok tömegének mérését is, amelyek hosszabb késleltetése nem mérhető egyetlen év adattal.
"A kvazárok több éven át történő megfigyelése elengedhetetlen a jó mérések megszerzéséhez" - mondta Yue Shen, az Illinoisi Egyetemi Egyetemi adjunktus és az SDSS Reverberation Mapping Project vezetője. "Ahogy folytatjuk az egyre több kvazár monitorozására irányuló projektet az elkövetkező években, jobban megértjük, hogyan fejlődik és fejlődik a szupermasszív fekete lyukak."
Miután az SDSS jelenlegi negyedik fázisa 2020-ban lejár, az ötödik szakasz, az SDSS-V kezdődik. Az SDSS-V egy új, a Black Hole Mapper nevű programmal rendelkezik, amelyben a kutatók az SMBH tömegeinek több mint 1000 kvazárban történő mérését tervezik, lágyabb és régebbi kvazárok megfigyelésével, mint bármelyik reververációs térképészeti projektben valaha is sikerült.
"A Black Hole Mapper lehetővé teszi számunkra, hogy valódi ipari méretekben feltérképezzük a szupermasszív fekete lyuk utáni visszaszámolást." - nyilatkozta Niel Brandt, a Penn State csillagászati és asztrofizikai professzora, az SDSS régóta tagja. "Sokkal többet fogunk tudni ezekről a titokzatos tárgyakról, mint valaha."
