Tämä kuva osoittaa taiteilijan esittämän kvasaarin sisäalueet, joiden keskellä on supermassiivinen musta reikä. Kun kaasu- ja pölylevy putoaa mustaan reikään, korkeat lämpötilat luovat valoa. Erot tässä valossa voivat auttaa tähtitieteilijöitä mittaamaan mustan aukon massa.
(Kuva: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / SDSS-yhteistyö)
Hirviömäiset mustat aukot piiloutuvat maailmankaikkeuden galaksien keskuksiin, ja nyt uusi tekniikka auttaa tutkijoita mittaamaan joidenkin maailmankaikkeuden suurimpien mustien reikien massaa, vaikka ne sijaitsevat hyvin heikkojen, kaukaisten keskuksissa. galakseja. Uusi lähestymistapa voisi parantaa dramaattisesti tutkijoiden ymmärrystä siitä, kuinka nämä behemotit muodostuvat ja kehittyvät ja miten ne vaikuttavat galaktien evoluutioon.
"Tämä on ensimmäinen kerta, kun olemme mittaneet suoraan massoja niin monelle supermassiiviselle mustalle reikälle niin kaukana", sanoi Penn Staten tutkijatohtori Catherine Grier Sloan Digital Sky Survey (SDSS) -julkaisussa. Grier johti projektin, jolla mitattiin joukko ns. Supermassiivisia mustia reikiä SDSS-tietojen avulla. Hän kertoi tuloksista tiistaina (9. tammikuuta) American Astronomical Society -kokouksessa National Harborissa, Marylandissa.
"Nämä uudet mittaukset ja tulevat mittaukset, kuten ne, tarjoavat elintärkeää tietoa ihmisille, jotka tutkivat kuinka galaksit kasvavat ja kehittyvät koko kosmisen ajan", Grier sanoi. [Kuvia: Universumin mustat aukot]
Massamittaus mustia reikiä
Vuosikymmenien galaktisten havaintojen perusteella tähtitieteilijät teorioivat nyt, että melkein jokaisen suuren galaksin sydämessä on supermassiivinen musta aukko (SMBH). Nämä hirviömäiset pedot voivat olla miljoonia tai miljardeja kertoja massiivisempia kuin maan aurinko. Mustat reiät eivät säteile tai heijasta valoa, joten näitä SMBH: ita ei voida nähdä suoraan. Mutta kun SMBH: n painovoima imee pölyä ja kaasua ympäröivästä galaksista, se luo pyörivän levyn materiaalista, joka putoaa mustaan reikään. Kyseinen materiaali kuumenee ja alkaa säteillä valoa, jolloin musta reikä "näkyy" (tosin epäsuorasti). Joissain tapauksissa näiden levyjen valo muuttuu kirkkaammaksi kuin kaikki galaksin tähdet; näitä uskomattoman kirkkaita galakseja kutsutaan sitten aktiivisiksi galaktisiksi ytimiksi (AGN). Kirkkaimpia AGN: ää kutsutaan kvasareiksi, jotka tähtitieteilijät voivat nähdä koko matkan näkyvän maailmankaikkeuden läpi; ne osoittavat lausunnon mukaan supermassiivisen mustan aukon olemassaolon.
Mustilla reikillä on vain kolme mitattavaa ominaisuutta - massa, kehruu ja varaus -, joten massan laskemisella on valtava osa ymmärtää yksittäistä mustaa reikää. Läheisissä galakseissa tähtitieteilijät voivat tarkkailla kuinka tähti- ja kaasuryhmät liikkuvat galaktisen keskuksen ympäri ja käyttää näitä liikkeitä päättämään mustan keskiaukon massan. Mutta kaukana olevat galaksit sijaitsevat niin kaukana, että kaukoputket eivät pysty selvittämään mustan aukon ympärillä olevia tähtiä ja pilviä.
Jälkikaiuntakartoituksena tunnettu tekniikka on mahdollistanut tähtitieteilijöiden mitata näiden syrjäisten mustien reikien massat. Ensinnäkin tutkijat vertaavat galaksin ulkoalueella säteilevän kaasun kirkkautta galaksin sisäalueelta löytyvän kaasun kirkkauteen. (Tämä sisäalue, hyvin lähellä mustaa reikää, tunnetaan jatkumona). Jatkuvuusalueen kaasu vaikuttaa nopeammin liikkuvaan kaasuun kauemmas. Valo vie kuitenkin aikaa liikkua ulospäin tai kaikua, aiheuttaen viiveen sisäalueella havaittujen muutosten ja niiden vaikutuksen ulkoalueelle. Viiveen mittaaminen paljastaa, kuinka kaukana kaasun ulkolevy on mustasta aukosta. Yhdessä sen pyörimisnopeuden kanssa galaksin ympäri, tämä antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden mitata SMBH: n massa, Grier kertoi Space.com: lle sähköpostissa.
Mutta prosessi on tuskallisen hidasta. Kaiutinvaikutuksen havaitsemiseksi, yksittäistä galaksia on tutkittava uudestaan ja uudestaan useita kuukausia, kun taas kaukaiset kvaasarit voivat kestää useita vuosia toistuvia havaintoja, tutkijat totesivat lausunnossa. Viimeisen 20 vuoden aikana tähtitieteilijät ovat onnistuneet käyttämään kaiutustekniikkaa vain noin 60 SMBH: een läheisissä galakseissa ja kourallisessa kaukana kvasaarissa.
Osana SDSS Reverberation Mapping -projektia Grier ja hänen kollegansa ovat alkaneet kartoittaa SMBH: ita aikaisemmin kuin mahdollista. Avain tähän nopeampaan kartoitukseen on hankkeen omistettu laajakuva-kaukoputki, joka sijaitsee Apache Pointin observatoriossa Sunspotissa, New Mexico, joka pystyy keräämään tietoja useasta kvartaarista samanaikaisesti Grierin mukaan. Se tarkkailee tällä hetkellä taivaan korjaustiedostoa, joka sisältää noin 850 kvaasaria.
Tutkijat havaitsivat kvaasarit Kanadan, Ranskan ja Havaijin teleskoopin kanssa Havaijilla ja Steward Observatory Bok -teleskoopin kanssa Arizonassa kalibroidakseen mittauksensa uskomattoman heikoista esineistä. Yhteensä tutkijat ovat nyt mitanneet kaivosaikaviiveet 44 kvasaarille, ja he käyttivät näitä mittauksia laskeakseen mustien aukkojen massat, jotka vaihtelivat 5 miljoonasta 1,7 miljardiin kertaan maan auringon massaan, lausunnon mukaan.
"Tämä on iso askel eteenpäin kvaasaritieteessä", Aaron Barth, Kalifornian yliopiston tähtitieteen professori Irvine, joka ei ollut mukana ryhmän tutkimuksessa, sanoi lausunnossa. "He ovat osoittaneet ensimmäistä kertaa, että nämä vaikeat mittaukset voidaan tehdä massatuotantotilassa."
Uudet mittaukset lisäävät galaktisen SMBH-massamittausten kokonaismäärää noin kahdella kolmasosalla. Koska monet noista galakseista ovat hyvin kaukana, uudet mittaukset paljastavat SMBH-massat kauemmas taaksepäin siihen aikaan, kun maailmankaikkeus oli vain puolet nykyisestä ikästään.
Jatkamalla 850 kvaasarin tarkkailua SDSS-kaukoputkella useiden vuosien ajan, joukkue kerää vuosien tiedot, joiden avulla he voivat mitata jopa heikompien kvaasarien massoja, joiden pidempiä viiveitä ei voida mitata yhden vuoden tietojen perusteella.
"Kvasaarien havaitseminen monien vuosien ajan on välttämätöntä hyvien mittausten saamiseksi", sanoi Yue Shen, Illinoisin yliopiston apulaisprofessori ja SDSS Reverberation Mapping -projektin päätutkija. "Kun jatkamme projektiamme seurata yhä useampia kvaasareja tulevina vuosina, pystymme ymmärtämään paremmin, kuinka supermassiiviset mustat aukot kasvavat ja kehittyvät."
Kun SDSS: n nykyinen neljäs vaihe päättyy vuonna 2020, viides vaihe, SDSS-V, alkaa. SDSS-V: ssä on uusi ohjelma, nimeltään Black Hole Mapper, jonka avulla tutkijat suunnittelevat SMBH-massojen mittaamisen yli 1000 kvaasarissa tarkkailemalla vaaleampia ja vanhempia kvartaareja kuin mikään jälkikaiuntakartoitusprojekti on koskaan onnistunut.
"Black Hole Mapper antaa meille siirtyä supermassiivisten mustien reikien jälkikartoitusten aikakauteen todellisessa teollisessa mittakaavassa", Niel Brandt, Penn Staten tähtitieteen ja astrofysiikan professori ja pitkäaikainen SDSS: n jäsen, sanoi lausunnossa. "Opimme enemmän näistä salaperäisistä esineistä kuin koskaan ennen."
