Această imagine arată reprezentarea unui artist a regiunilor interioare ale unui quasar alimentat de o gaură neagră supermasivă din centru. Pe măsură ce discul de gaz și praf cade în gaura neagră, temperaturile ridicate creează lumină. Diferențele în această lumină pot ajuta astronomii să măsoare masa găurii negre.
(Imagine: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / Colaborarea SDSS)
Gurile negre de monstru se ascund în centrele majorității galaxiilor din univers, iar acum, o nouă tehnică îi ajută pe oamenii de știință să măsoare masa unora dintre cele mai mari găuri negre din univers, chiar și atunci când se află în centrele foarte slabe și îndepărtate. galaxii. Noua abordare ar putea îmbunătăți dramatic înțelegerea oamenilor de știință despre cum se formează și evoluează acești behemoths și cum influențează evoluția galaxiei.
"Aceasta este prima dată când am măsurat direct mase pentru atâtea găuri negre supermasive până acum", a declarat Catherine Grier, o colegă postdoctorală la Penn State, într-o declarație a Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Grier a condus un proiect de măsurare a maselor unei bogății de așa-numite găuri negre supermasive folosind date SDSS. Ea a raportat rezultatele marți (9 ianuarie) la întâlnirea American Astronomical Society din National Harbour, Maryland.
„Aceste noi măsurători, precum și măsurătorile viitoare ca acestea, vor oferi informații vitale pentru oamenii care studiază modul în care galaxiile cresc și evoluează de-a lungul timpului cosmic”, a spus Grier. [Imagini: găurile negre ale universului]
Găuri negre care măsoară masa
Pe baza a zeci de ani de observații galactice, astronomiștii consideră că inima a aproape fiecare galaxie mare conține o gaură neagră supermasivă (SMBH). Aceste fiare monstruoase pot fi de milioane sau miliarde de ori mai masive decât soarele Pământului. Găurile negre nu radiază sau nu reflectă lumina, deci aceste SMBH nu pot fi văzute direct. Dar, pe măsură ce gravitatea unui SMBH atrage praf și gaz din galaxia înconjurătoare, creează un disc învolburat de material care cade în gaura neagră. Materialul care se încălzește se încălzește și începe să radiaze de lumină, făcând gaura neagră „vizibilă” (deși indirect). În unele cazuri, lumina de pe aceste discuri devine mai strălucitoare decât toate stelele din galaxie; aceste galaxii incredibil de strălucitoare sunt apoi numite nuclee galactice active (AGN). Cele mai strălucite AGN sunt numite quasars, pe care astronomii le pot vedea pe tot parcursul universului vizibil; acestea indică prezența unei găuri negre supermasive, conform enunțului.
Găurile negre au doar trei proprietăți măsurabile - masă, rotire și încărcare - astfel încât calculul masei este o parte uriașă a înțelegerii unei găuri negre individuale. În galaxiile din apropiere, astronomii pot observa cum grupurile de stele și gaz se deplasează în jurul centrului galactic și pot folosi aceste mișcări pentru a deduce masa găurii negre centrale. Dar galaxiile îndepărtate se găsesc atât de departe încât telescoapele nu pot rezolva stelele și norii de material din jurul găurii negre, potrivit afirmației.
O tehnică cunoscută sub numele de reverberation mapping a făcut posibilă astronomilor să măsoare masele acestor găuri negre periferice. În primul rând, cercetătorii compară luminozitatea gazului care radiază în regiunea exterioară a galaxiei cu luminozitatea gazului găsit în regiunea interioară a galaxiei. (Această regiune interioară, foarte aproape de gaura neagră, este cunoscută sub numele de regiunea continuă). Gazul din regiunea continuă afectează mai repede gazul cu mișcare rapidă. Cu toate acestea, lumina necesită timp pentru a călători spre exterior sau a reverbera, provocând o întârziere între schimbările observate în regiunea interioară și efectul acestora asupra regiunii exterioare. Măsurarea întârzierii relevă cât de departe este discul exterior de gaz de la gaura neagră. Împreună cu rata de rotație în jurul galaxiei, acest lucru le permite astronomilor să măsoare masa SMBH, a spus Grier pentru Space.com într-un e-mail.
Dar procesul este dureros de lent. Pentru a observa efectul reverberației, o galaxie individuală trebuie studiată din nou și din nou timp de câteva luni, în timp ce cvasarii îndepărtați pot dura câțiva ani de observații repetate, au spus cercetătorii în comunicat. În ultimii 20 de ani, astronomii au reușit să utilizeze tehnica de reverberație doar pentru aproximativ 60 de SMBH-uri în galaxiile din apropiere și o mână de quazare îndepărtate.
Ca parte a proiectului de cartografiere a reverberation SDSS, Grier și colegii săi au început cartografierea SMBH-urilor mai repede decât a fost posibil. Cheia acestei mapări mai rapide provine de la telescopul dedicat pentru viziune largă al proiectului, localizat la Apache Point Observatory din Sunspot, New Mexico, care poate colecta date pe mai multe quasare în același timp, potrivit Grier. În prezent se observă o patch of the sky care conține aproximativ 850 de quazare.
Cercetătorii au observat cvasarele cu telescopul Canada-Franța-Hawaii din Hawaii și cu telescopul Bok Observator Steward din Arizona pentru a calibra măsurătorile lor asupra obiectelor incredibil de slabe. În total, cercetătorii au măsurat acum întârzierile de timp de reverberație pentru 44 de cvasi și au folosit aceste măsurători pentru a calcula mase ale găurii negre cuprinse între 5 milioane și 1,7 miliarde de ori mai mult decât soarele Pământului, potrivit declarației.
"Acesta este un mare pas înainte pentru științele quasarului", a spus Aaron Barth, profesor de astronomie la Universitatea din California, Irvine, care nu a fost implicat în cercetarea echipei, a declarat în declarație. „Au arătat pentru prima dată că aceste măsurători dificile se pot face în modul de producție în masă”.
Noile măsurători cresc numărul total de măsurători în masă SMBH galactice cu aproximativ două treimi. Deoarece multe dintre aceste galaxii sunt foarte îndepărtate, noile măsurători dezvăluie mase SMBH de mai departe în timp, până când universul avea doar jumătate din vârsta actuală.
Prin continuarea observării celor 850 de quasare cu telescopul SDSS pe parcursul mai multor ani, echipa va acumula ani de date care le vor permite măsurarea maselor chiar și a unor cvasi slabi, ale căror întârzieri mai lungi nu pot fi măsurate cu un singur an de date.
„Obținerea de observații asupra cvasarelor de-a lungul mai multor ani este crucială pentru a obține măsurători bune”, a spus Yue Shen, profesor asistent la Universitatea din Illinois și investigator principal al proiectului de cartografiere Reverberation SDSS. "Pe măsură ce continuăm proiectul nostru de a monitoriza tot mai multe cvasi pentru anii următori, vom putea înțelege mai bine modul în care găurile negre supermasive cresc și evoluează."
După ce actuala a patra fază a SDSS se va încheia în 2020, va începe a cincea fază, SDSS-V. SDSS-V prezintă un nou program numit Black Hole Mapper, în care cercetătorii intenționează să măsoare masele SMBH în mai mult de 1.000 de cvasari, observând quasari mai slabi și mai vechi decât orice proiect de mapare a reverberației a reușit vreodată.
"The Black Hole Mapper ne va lăsa să trecem în epoca super-masivă a reverberation găurilor negre pe o adevărată scară industrială", a declarat Niel Brandt, profesor de astronomie și astrofizică la Penn State și membru de mult timp al SDSS, a declarat în declarație. „Vom afla mai multe despre aceste obiecte misterioase ca niciodată”.
