Tähtitieteilijät käyttävät mustan aukon kaikuja universumin kartoittamiseen

(NASA/JPL-Caltech)

Yksittäisestä näkökulmastamme kosmoksessa on todella vaikea ymmärtää kolmiulotteista avaruutta.

Voimme helposti kartoittaa tähdet tähtikuviksi suhteessa toisiinsa, mutta sen tietäminen, mitkä ovat lähempänä ja mitkä kauempana, on paljon vaikeampaa mitata.

Eräs tapa määrittää etäisyys avaruudessa oleviin esineisiin on käyttää tavallisia kynttilöitä – esineitä, joiden luontainen kirkkaus tunnetaan. Tähtitieteilijät mittaavat eron sen välillä, kuinka kirkas kohde todella on ja kuinka kirkkaalta se näyttää meille valovuosien päässä, ja käyttävät tätä eroa laskeakseen, kuinka pitkälle valo on kulkenut.



Nämä kynttilät sisältävät sykkiviä tähtiä, joiden luontainen kirkkaus liittyy niiden pulssien ajoitukseen, jasupernovat, joilla on rajoitettu huippukirkkausalue.

Nyt tähtitieteilijät ovat osoittaneet maailmankaikkeuden epätodennäköisimmän työkalun – supermassiivisen – käyttökelpoisuuden. mustat aukot . Tai ainakin niiden kaiut.

'Kosmisten etäisyyksien mittaaminen on perushaaste tähtitieteessä, joten mahdollisuus saada ylimääräinen temppu hihassa on erittäin jännittävää.' sanoi tähtitieteilijä Yue Shen Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignissa.

Saatat olla hieman hämmentynyt täällä. Vaikka on totta, että tiedämme (enemmän tai vähemmän) kuinka kirkkaita mustat aukot ovat, siitä ei ole mitään apua - koska ne ovat kirkkaiden vastakohta.

Ne eivät tuota havaittavaa säteilyä ollenkaan; ne ovat käytännössä näkymättömiä.

Niitä on peräti a miljardia tähtimassaista mustaa aukkoa Linnunradassa; olemme tunnisti vain muutaman kourallisen .

Supermassiiviset mustat aukot, jotka sijaitsevat galaksien sydämissä, ovat kuitenkin hyvin erilainen kalankeitin.

Ei, emme vieläkään näe niitä; mutta jos ne ovat aktiivisia, materiaali niiden ympärillä loistaa todella kirkkaasti. Ja sitä tapaa, jolla valo käyttäytyy tässä välittömässä ympäristössä, voidaan käyttää sen luontaisen kirkkauden määrittämiseen.

Aktiivinen supermassiivi musta aukko on sellainen, joka ruokkii materiaalia, ja tämä materiaali on strukturoitu mustan aukon ympärille tunnetussa arkkitehtuurissa. Keskellä on itse supermassiivinen musta aukko, eläin, joka voi olla miljoonista kymmeniin miljardeihin kertoja Auringon massa.

Tämän ympärillä pyörii materiaalikiekko, joka valuu painovoimaisesti mustaan ​​aukkoon, vähän kuin vesi kiertäisi ja putoaisi viemäriin. Tämä on akkretion kiekko, ja siinä olevat voimakkaat gravitaatio- ja kitkavoimat lämmittävät materiaalia ja saavat sen hehkumaan kirkkaasti. Mutta sitä eivät tähtitieteilijät ole mitanneet.

( SOUL [ESO/NAOJ/NRAO] )

Accretion kiekon ulkopuolella on suurempi pilvi, donitsin muotoinen pölyrengas, jota kutsutaan nimellätorus. Koko rakenne on koottu yllä olevan kuvan mukaisesti. Se on tuo ulkotorus, joka on avain kaikukartoituksena tai jälkikaiuntakartoituksena tunnetussa tekniikassa.

Aina silloin tällöin aktiivista supermassiivista mustaa aukkoa lähinnä oleva akkretiolevyn alue leimahtaa kirkkaasti enimmäkseen optisilla ja ultraviolettiaallonpituuksilla - ja kun se saavuttaa toruksen, se 'kaikuu'.

Pölyinen pilvi absorboi optisen ja ultraviolettivalon, joka lämmittää ja lähettää lämpöenergiaa keski-infrapunavalona.

Kasvulevyt voivat olla valtavia; voi kestää vuosia, ennen kuin valo saavuttaa toruksen ja säteilee uudelleen. Mutta koska tiedämme valon nopeuden, tähtitieteilijät voivat käyttää soihdun ja kaiun välistä aikaa laskeakseen akkretion kiekon sisäreunan ja toruksen välisen etäisyyden.

Tässä se tulee todella fiksuksi. Tiedämme, että akkretion kiekon sisäreuna on järjettömän kuuma. Ja tiedämme, että kiekko viilenee, kun siirrymme ulospäin mustasta aukosta.

Kun lämpötila laskee noin 1 200 celsiusasteeseen (2 200 Fahrenheit-astetta), pölypilviä voi muodostua.

Joten toruksen ja akkretion kiekon sisäreunan välinen etäisyys on suoraan verrannollinen tuohon mielettömän kuumaan lämpötilaan.

Jos tiedämme etäisyyden, voimme laskea lämpötilan - ja kun tiedämme lämpötilan, voimme laskea kuinka paljon valoa tämä alue lähettää. Puomi. Sisäinen kirkkaus. Tuo linkki on nimeltään R-L suhde (säteen ja valoisuuden osalta).

No, se ei tietenkään ole niin yksinkertaista kuin 'buumi'. Sinun on tarkkailtava mustaa aukkoa erittäin huolellisesti pitkiä aikoja havaitaksesi optinen/ultraviolettisalama ja keski-infrapunakaiku.

Urbana-Champaignin Illinoisin yliopiston Qian Yangin johtama tähtitieteilijöiden ryhmä kampasi lähes kahden vuosikymmenen ajalta maanpäällisten optisten teleskooppien keräämiä tietoja etsiäkseen optista salamaa.

Sitten he tutkivat NASAn Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorerin vuosina 2010–2019 keräämiä tietoja ja etsivät vastaavia infrapunasoihduksia.

He tunnistivat 587 supermassiivista mustaa aukkoa optisella salamalla ja keski-infrapunakaikulla - suurin yksittäinen tutkimus laatuaan.

Ja vaikka tietojen tarkentamisella on vielä tilaa - infrapunatutkimukset eivät kattaneet koko infrapuna-aluetta, mikä tarkoittaa, että etäisyyslaskelmissa on melkoista epävarmuutta - ne vahvistivat, että R-L-relaatio skaalautuu ja että kaiku käyttäytyy. samalla tavalla kaikenkokoisten supermassiivisten mustien aukkojen näytteessä.

Työ mittojen tarkentamiseksi jatkuu.

Tiimi pyrkii parantamaan mallejaan rajoittaakseen paremmin pölyn käyttäytymistä ja sen infrapunavaloa. Ja tietysti jatkuvat tutkimukset paremmalla tekniikalla tarjoavat jatkossakin korkealaatuisempia havaintoja.

'Kaikun kartoitustekniikan kauneus on, että nämä supermassiiviset mustat aukot eivät katoa pian.' Se sanoi . 'Joten voimme mitata pölyn kaikuja uudestaan ​​​​ja uudestaan ​​samalle järjestelmälle etäisyyden mittauksen parantamiseksi.'

Tutkimus on julkaistu v Astrophysical Journal .

Meistä

Riippumattomien, Todistettujen Tosiasioiden Julkaiseminen Terveys-, Avaruudesta, Luonteesta, Tekniikasta Ja Ympäristöstä.