Kako astronomi mjere mase crnih rupa čudovišta brže nego ikada prije

Kvazar i supermasivna crna rupa

Ova slika prikazuje umjetničko prikazivanje unutarnjih područja kvazara koje pokreće supermasivna crna rupa u središtu. Kako disk plina i prašine pada u crnu rupu, visoke temperature stvaraju svjetlost. Razlike u ovom svjetlu mogu pomoći astronomima u mjerenju mase crne rupe. (Kredit za sliku: Nahks Tr'Ehnl /Catherine Grier (Penn State)/suradnja SDSS -a)



Čudovišne crne rupe skrivaju se u središtima većine galaksija u svemiru, a sada nova tehnika pomaže znanstvenicima da izmjere masu nekih od najvećih crnih rupa u svemiru, čak i kada leže u središtima vrlo slabih, udaljenih galaksije. Novi pristup mogao bi dramatično poboljšati razumijevanje znanstvenika o tome kako se ti behemoti formiraju i razvijaju te kako utječu na evoluciju galaksije.



'Ovo je prvi put da smo izravno mjerili mase za toliko supermasivnih crnih rupa do sada', rekla je Catherine Grier, doktorica znanosti na Penn Stateu, - stoji u saopćenju iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Grier je vodio projekt za mjerenje mase bogastva takozvanih supermasivnih crnih rupa koristeći SDSS podatke. Izvijestila je o rezultatima u utorak (9. siječnja) na sastanku Američkog astronomskog društva u National Harboru u Marylandu.

'Ova nova mjerenja, kao i buduća mjerenja poput njih, pružit će vitalne informacije ljudima koji proučavaju kako galaksije rastu i evoluiraju kroz kozmičko vrijeme', rekao je Grier. [ Slike: Crne rupe svemira ]



Crne rupe za mjerenje mase

Na temelju desetljeća galaktičkih promatranja, astronomi sada teoretiziraju da srce gotovo svake velike galaksije sadrži supermasivnu crnu rupu (SMBH). Ove čudovišne zvijeri mogu biti milijune ili milijarde puta masivnije od Zemljinog sunca. Crne rupe ne zrače niti reflektiraju svjetlost, pa se te SMBH ne mogu izravno vidjeti. No, dok gravitacija SMBH -a uvlači prašinu i plin iz okolne galaksije, stvara vrtložni disk materijala koji pada u crnu rupu. Taj se nabujali materijal zagrijava i počinje zračiti svjetlost, čineći crnu rupu 'vidljivom' (iako neizravno). U nekim slučajevima svjetlost s ovih diskova postaje svjetlija od svih zvijezda u galaksiji; te nevjerojatno svijetle galaksije tada se nazivaju aktivne galaktičke jezgre (AGN). Najsvjetliji AGN nazivaju se kvazari , koje astronomi mogu vidjeti cijelim vidljivim svemirom; ukazuju na prisutnost supermasivne crne rupe, stoji u priopćenju.

Crne rupe imaju samo tri mjerljiva svojstva - masu, spin i naboj - pa je izračunavanje mase ogroman dio razumijevanja pojedinačne crne rupe. U obližnjim galaksijama astronomi mogu promatrati kako se skupine zvijezda i plina kreću po središtu galaktike i koristiti ta kretanja za zaključivanje mase središnje crne rupe. No udaljene galaksije leže toliko daleko da teleskopi ne mogu razriješiti zvijezde i oblake materijala oko crne rupe, navodi se u priopćenju.

Tehnika poznata kao mapiranje reverberacije omogućila je astronomima mjerenje masa ovih udaljenih crnih rupa. Prvo, istraživači uspoređuju svjetlinu plina koji zrači u vanjskom dijelu galaksije sa svjetlinom plina koji se nalazi u unutarnjem dijelu galaksije. (Ovo unutarnje područje, vrlo blizu crne rupe, poznato je kao područje kontinuuma). Plin u kontinuiranom području utječe na brzo pokretni plin dalje. Međutim, svjetlu je potrebno vrijeme za putovanje prema van ili odjeknuti, uzrokujući kašnjenje između promjena vidljivih u unutarnjoj regiji i njihovog učinka na vanjsko područje. Mjerenje kašnjenja otkriva koliko je vanjski disk plina udaljen od crne rupe. Zajedno s brzinom rotacije oko galaksije, to astronomima omogućuje mjerenje mase SMBH -a, rekao je Grier za guesswhozoo.com u e -poruci.



Ali proces je bolno spor. Kako bi se primijetio učinak odjeka, pojedinačna galaksija mora se iznova i iznova proučavati nekoliko mjeseci, dok udaljenim kvazarima može biti potrebno nekoliko godina ponovljenih promatranja, rekli su istraživači u priopćenju. U posljednjih 20 godina astronomi su uspjeli upotrijebiti tehniku ​​reverberacije za samo 60 -ak SMBH -a u obližnjim galaksijama i nekolicinu udaljenih kvazara.

Kao dio SDSS -ovog projekta mapiranja odjeka, Grier i njeni kolege počeli su mapirati SMBH brže nego što je to bilo moguće prije. Ključ za ovo brže mapiranje dolazi od namjenskog teleskopa širokog prikaza projekta, smještenog na opservatoriju Apache Point u Sunspotu u Novom Meksiku, koji može prikupljati podatke o više kvazara u isto vrijeme, prema Grieru. Trenutno promatra dio neba koji sadrži oko 850 kvazara.

čestice crnih rupa koje bježe



Znanstvenici su promatrali kvazare pomoću teleskopa Canada-France-Hawaii-Telescope na Havajima i teleskopa Bok s opservatorija Steward u Arizoni kako bi kalibrirali svoja mjerenja nevjerojatno slabih objekata. Ukupno su istraživači izmjerili kašnjenja reverberacije za 44 kvazara i koristili su ta mjerenja za izračun mase crnih rupa u rasponu od 5 milijuna do 1,7 milijardi puta veće mase Zemljinog sunca, prema izjavi.

'Ovo je veliki korak naprijed za znanost kvazara', rekao je u izjavi Aaron Barth, profesor astronomije na Kalifornijskom sveučilištu u Irvineu, koji nije bio uključen u istraživanje tima. 'Prvi put su pokazali da se ova teška mjerenja mogu izvesti u načinu masovne proizvodnje.'

Nova mjerenja povećavaju ukupni broj mjerenja galaktičke SMBH mase za oko dvije trećine. Budući da su mnoge od tih galaksija jako udaljene, nova mjerenja otkrivaju SMBH mase od dubljeg vremena, do vremena kada je svemir bio samo polovica njegove trenutne starosti.

Nastavljajući promatrati 850 kvazara s SDSS teleskopom tijekom više godina, tim će prikupiti godine podataka koji će im omogućiti mjerenje čak i masa slabiji kvazari , čija se duža vremenska kašnjenja ne mogu mjeriti podacima iz jedne godine.

'Dobivanje opažanja kvazara tijekom više godina ključno je za dobivanje dobrih mjerenja', rekao je Yue Shen, docent na Sveučilištu Illinois i glavni istraživač SDSS -ovog Projekta mapiranja odjeka. 'Kako nastavljamo s projektom za praćenje sve većeg broja kvazara u godinama koje dolaze, moći ćemo bolje razumjeti kako supermasivne crne rupe rastu i evoluiraju.'

Nakon što trenutna četvrta faza SDSS-a završi 2020., započet će peta faza, SDSS-V. SDSS-V sadrži novi program pod nazivom Black Mape Mapper, u kojem istraživači planiraju mjeriti mase SMBH u više od 1.000 kvazara, promatrajući slabije i starije kvazare nego što je to bilo koji projekt mapiranja odjeka uspio.

'Maper crnih rupa omogućit će nam da uđemo u doba supermasivnog preslikavanja reverberacije crnih rupa u stvarnim industrijskim razmjerima', rekao je u izjavi Niel Brandt, profesor astronomije i astrofizike na Penn Stateu i dugogodišnji član SDSS -a. 'Naučit ćemo više o tim tajanstvenim objektima nego ikad prije.'

Pratite Nolu Taylor Redd na @NolaTRedd , Facebook , ili Google+ . Pratite nas na @Spacedotcom , Facebook ili Google+ . Izvorno objavljeno dana guesswhozoo.com .