Kwazary są jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie, a astronomowie uważają, że są one spowodowane wylaniem promieniowania ze środowiska wokół aktywnie zasilającej supermasywnej czarnej dziury. Astronomowie wykorzystali grawitację ze stosunkowo pobliskiej galaktyki jako soczewki grawitacyjnej do skupienia światła z bardziej odległego kwazara, co daje imponujący widok.
Po raz pierwszy, stosując nowatorską technikę, astronomowie zajrzeli do kwazara i zmierzyli tzw. Dysk akrecyjny wokół czarnej dziury. Badania potwierdzają to, co naukowcy od dawna podejrzewali - że supermasywne czarne dziury kwazarów są otoczone przegrzanymi dyskami spiralnego materiału.
Wyniki projektu, w którym wzięli udział naukowcy z Penn State University i Ohio State University, oraz obserwacje z Obserwatorium Rentgenowskim Chandra NASA zostały przedstawione dzisiaj (5 października 2006 r.) Na spotkaniu High Astrofizyki Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) Dywizja w San Francisco.
Zespół badawczy, kierowany przez Christophera Kochanka w Ohio State, obejmuje Xinyu Dai i Nicholas Morgan w Ohio State oraz George Chartas i Gordon Garmire w Penn State. Zespół zbadał wewnętrzne struktury dwóch kwazarów, których światło stało się widoczne dopiero wtedy, gdy galaktyka ustawiła się między nimi a Ziemią, powiększając ich światło jak soczewka. Astronomowie porównali ten efekt, znany jako „soczewkowanie grawitacyjne” lub „mikrosoczewkowanie”, do możliwości patrzenia na kwazary pod mikroskopem.
„Istnieje wiele modeli, które próbują opisać, co dzieje się wewnątrz kwazara, a wcześniej nie można było wykluczyć żadnego z nich. Teraz niektóre z nich mogą - powiedział Xinyu Dai, doktorant z Ohio State, który niedawno uzyskał stopień doktora w Penn State. „Możemy zacząć tworzyć bardziej precyzyjne modele kwazarów i uzyskać pełniejszy obraz czarnych dziur”.
Garmire ze stanu Penn jest głównym badaczem kamery rentgenowskiej w obserwatorium NASA Chandra, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), którego astronomowie obserwowali soczewkowanie grawitacyjne dwóch kwazarów. Ten aparat rentgenowski został opracowany i opracowany dla NASA przez Penn State i Massachusetts Institute of Technology pod kierownictwem Garmire, który jest profesorem Astronomii i Astrofizyki w Penn State, Evan Pugh. Praktycznie każde ważne odkrycie Chandry opierało się na obserwacjach za pomocą kamery ACIS.
Widziane z Ziemi, kwazary lub quasi-gwiezdne obiekty wyglądają jak gwiazdy. Są niezwykle jasne, dlatego możemy je zobaczyć, mimo że należą do najodleglejszych obiektów we wszechświecie. Astronomowie zastanawiali się nad kwazarami przez dziesięciolecia, zanim zdecydowali, że najprawdopodobniej zawierają supermasywne czarne dziury, które powstały miliardy lat temu. Materiał wpadający do czarnej dziury świeci jasno, aw przypadku kwazarów świeci w szerokim zakresie energii, w tym w świetle widzialnym, falach radiowych i promieniach rentgenowskich.
„Promienie rentgenowskie z dysków akrecyjnych czarnych dziur sondują regiony emisji bliższe czarnej dziury niż te w paśmie optycznym”, wyjaśnia Chartas, starszy pracownik naukowy w Penn State, który analizował dane rentgenowskie uzyskane z monitorowania kilku obiekty w tym badaniu mikrosoczewkowania. „Porównując krzywe światła rentgenowskiego zdarzenia mikrosoczewkowania z tymi w kilku pasmach optycznych, wywnioskowaliśmy względne rozmiary obszarów emisji. To porównanie pozwoliło nam ograniczyć strukturę dysku akrecyjnego czarnej dziury przy różnych długościach fal ”.
Kwazary są tak daleko, że nawet w najbardziej zaawansowanych teleskopach zwykle wyglądają jak niewielki punkt światła. Ale Einstein przewidział, że masywne obiekty w kosmosie mogą czasem zachowywać się jak soczewki, wyginając i powiększając światło obiektów znajdujących się za nimi, co widzi obserwator. Efekt ten nazywa się soczewkowaniem grawitacyjnym i umożliwia astronomom badanie niektórych obiektów z nieosiągalnym szczegółem. „Na szczęście dla nas czasami gwiazdy i galaktyki działają jak teleskopy o bardzo wysokiej rozdzielczości” - powiedział Kochanek. „Teraz nie patrzymy tylko na kwazar, ale badamy wnętrze kwazara i schodzimy do miejsca, w którym znajduje się czarna dziura”.
Naukowcy byli w stanie zmierzyć rozmiar tak zwanego dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury wewnątrz każdego kwazara. W każdym z nich dysk otaczał mniejszy obszar, który emitował promieniowanie rentgenowskie, tak jakby materiał dysku był podgrzewany, gdy wpadał do czarnej dziury pośrodku. Tego właśnie spodziewali się, biorąc pod uwagę obecne wyobrażenia o kwazarach. Ale widok wewnątrz pomoże im dopracować te pojęcia, powiedział Dai.
Kluczem do projektu było obserwatorium rentgenowskie Chandra NASA, które pozwoliło astronomom dokładnie zmierzyć jasność regionu emitującego promieniowanie rentgenowskie każdego kwazara. Połączyli te pomiary z pomiarami z teleskopów optycznych należących do konsorcjum małego i średniego systemu badań nad aperturą oraz eksperymentu optycznej soczewki grawitacyjnej. Astronomowie zbadali zmienność zarówno promieniowania rentgenowskiego, jak i światła widzialnego pochodzącego z kwazarów, i porównali te pomiary, aby obliczyć rozmiar dysku akrecyjnego w każdym z nich. Użyli programu komputerowego, który Kochanek stworzył specjalnie do takich obliczeń, i uruchomili go na 48-procesorowym klastrze komputerowym. Obliczenia dla każdego kwazara trwały około tygodnia.
Dwa kwazary, które badali, nazywają się RXJ1131-1231 i Q2237 + 0305, i nie ma w nich nic specjalnego, powiedział Kochanek, z wyjątkiem tego, że oba były soczewkowane grawitacyjnie. On i jego grupa badają obecnie 20 takich kwazarów o zaostrzonym kształcie i chcieliby w końcu zebrać na nich dane rentgenowskie.
Ten projekt jest częścią stałej współpracy między Ohio State i Penn State. Badania są finansowane przez NASA. Klaster komputerowy został dostarczony przez Cluster Ohio, inicjatywę Ohio Supercomputer Center (OSC), Ohio Board of Regents oraz OSC Statewide Users Group. NASA Marshall Space Flight Center w Huntsville w Alabamie zarządza programem Chandra dla Dyrekcji Misji Naukowej agencji. Smithsonian Astrophysical Observatory w Cambridge, Massachusetts, kontroluje naukę i operacje lotnicze z Chandra X-ray Center w Cambridge, Massachusetts.
Oryginalne źródło: PSU News Release
