Określenie odległości galaktyk od naszego Układu Słonecznego to trudna sprawa. W przeszłości proces ten polegał na znalezieniu gwiazd w innych galaktykach, których absolutną moc świetlną można było zmierzyć. Mierząc jasność tych gwiazd, naukowcy byli w stanie zbadać niektóre galaktyki, które znajdują się 300 milionów lat świetlnych od nas.
Opracowano jednak nową i dokładniejszą metodę dzięki zespołowi naukowców kierowanemu przez dr Sebastiana Hoeniga z University of Southampton. Podobnie do tego, czego używają geodeci tutaj na Ziemi, zmierzyli fizyczne i kątowe (lub pozorny) rozmiar standardowej linijki w galaktyce do kalibracji pomiarów odległości.
Hoenig i jego zespół zastosowali tę metodę w Obserwatorium WM Keck, niedaleko szczytu Mauna Kea na Hawajach, aby dokładnie określić po raz pierwszy odległość do galaktyki NGC 4151 - znanej astronomom jako „Oko Saurona”. galaktyka NGC 4151, nazwana przez astronomów „Okiem Saurona” ze względu na podobieństwo do przedstawienia Saurona w trylogii „Władca Pierścieni”, jest ważna dla dokładnego pomiaru mas czarnej dziury.
Ostatnio zgłaszane odległości wynoszą od 4 do 29 megaparseków, ale stosując tę nową metodę naukowcy obliczyli odległość 19 megaparseków od supermasywnej czarnej dziury.
Rzeczywiście, podobnie jak w słynnej sadze, pierścień odgrywa kluczową rolę w tym nowym pomiarze. Naukowcy zaobserwowali, że wszystkie duże galaktyki we wszechświecie mają supermasywną czarną dziurę w środku. A w około jednej dziesiątej wszystkich galaktyk, te supermasywne czarne dziury nadal rosną, połykając ogromne ilości gazu i pyłu z otaczającego ich środowiska.
W tym procesie materiał nagrzewa się i staje się bardzo jasny - stając się najbardziej energetycznymi źródłami emisji we wszechświecie znanymi jako aktywne jądra galaktyczne (AGN).
Gorący pył tworzy pierścień wokół supermasywnej czarnej dziury i emituje promieniowanie podczerwone, które naukowcy wykorzystali jako linijkę. Jednak pozorna wielkość tego pierścienia jest tak mała, że obserwacje przeprowadzono za pomocą interferometrii w podczerwieni w celu połączenia bliźniaczych 10-metrowych teleskopów Obserwatorium W. Kecka, aby uzyskać moc rozdzielczości teleskopu 85m.
Aby zmierzyć rozmiar fizyczny zakurzonego pierścienia, naukowcy zmierzyli opóźnienie czasowe między emisją światła z bardzo bliskiej czarnej dziury a emisją w podczerwieni. Opóźnienie to odległość, jaką światło musi pokonać (z prędkością światła) od bliskiej czarnej dziury do gorącego pyłu.
Łącząc ten fizyczny rozmiar pierścienia pyłu z rozmiarem pozornym zmierzonym na podstawie danych z interferometru Keck, naukowcy byli w stanie określić odległość do galaktyki NGC 4151.
Jak powiedział dr Hoenig: „Jednym z kluczowych ustaleń jest to, że odległość wyznaczona w ten nowy sposób jest dość precyzyjna - z jedynie około 10-procentową niepewnością. W rzeczywistości, jeśli aktualny wynik dla NGC 4151 dotyczy innych obiektów, potencjalnie może pokonać wszelkie inne obecne metody, aby osiągnąć tę samą precyzję w celu ustalenia odległości dla odległych galaktyk bezpośrednio w oparciu o proste zasady geometryczne. Co więcej, można go z łatwością zastosować w wielu innych źródłach niż obecnie najbardziej precyzyjna metoda. ”
„Takie odległości są kluczowe w określaniu parametrów kosmologicznych charakteryzujących nasz wszechświat lub w celu dokładnego pomiaru mas czarnych dziur” - dodał. „Rzeczywiście, NGC 4151 jest kluczową kotwicą do kalibracji różnych technik szacowania mas czarnej dziury. Nasz nowy dystans sugeruje, że masy te mogły być systematycznie niedoceniane o 40 procent. ”
Dr Hoenig wraz z kolegami z Danii i Japonii opracowuje obecnie nowy program, aby rozszerzyć swoją pracę na wiele innych AGN. Celem jest ustalenie dokładnych odległości do kilkunastu galaktyk w ten nowy sposób i wykorzystanie ich do ograniczenia parametrów kosmologicznych z dokładnością do kilku procent. W połączeniu z innymi pomiarami zapewni to lepsze zrozumienie historii ekspansji naszego wszechświata.
Badanie zostało opublikowane w środę 26 listopada w internetowym wydaniu czasopisma Natura.
