Ta slika prikazuje umetnikovo upodabljanje notranjih območij kvazarja, ki ga poganja supermasivna črna luknja na sredini. Ko disk plina in prahu pade v črno luknjo, visoke temperature ustvarjajo svetlobo. Razlike v tej svetlobi lahko astronomom pomagajo izmeriti maso črne luknje.
(Slika: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (država Penn) / SDSS)
Pošast črne luknje se skriva v središčih večine galaksij v vesolju, zdaj pa nova tehnika znanstvenikom pomaga izmeriti maso nekaterih najbolj največjih črnih lukenj v vesolju, tudi ko ležejo v središčih zelo šibkih, oddaljenih galaksije. Novi pristop bi lahko bistveno izboljšal razumevanje znanstvenikov, kako se ti behemoti oblikujejo in razvijajo ter kako vplivajo na razvoj galaksije.
"To je prvič, da smo doslej neposredno izmerili množice za toliko supermasivnih črnih lukenj," je v izjavi Sloan Digital Sky Survey (SDSS) povedala podoktorska sodelavka Catherine Grier iz Penn Statea. Grier je vodil projekt merjenja množice tako imenovanih supermasivnih črnih lukenj s pomočjo podatkov SDSS. O rezultatih je poročala v torek (9. januarja) na zasedanju Ameriškega astronomskega društva v National Harboru v Marylandu.
"Te nove meritve in prihodnje meritve, kakršne so, bodo nudile ključne informacije ljudem, ki preučujejo, kako se galaksije rastejo in razvijajo skozi vesoljski čas," je dejal Grier [Slike: Črne luknje vesolja]
Črne luknje za merjenje mase
Na podlagi desetletij galaktičnih opazovanj astronomi zdaj teoretizirajo, da srce skoraj vsake velike galaksije vsebuje supermasivno črno luknjo (SMBH). Te pošastne zveri so lahko milijone ali milijarde krat bolj množične od Zemljinega sonca. Črne luknje ne sevajo in ne odbijajo svetlobe, zato teh SMBH ni mogoče videti neposredno. Ker pa gravitacija SMBH črpa prah in plin iz okoliške galaksije, ustvarja vrtinčen disk materiala, ki pade v črno luknjo. Ta napihljivi material se segreva in začne sevati svetlobo, zaradi česar je črna luknja "vidna" (čeprav posredno). V nekaterih primerih svetloba iz teh diskov postane svetlejša od vseh zvezd v galaksiji; te neverjetno svetle galaksije potem imenujemo aktivna galaktična jedra (AGN). Najsvetlejši AGN se imenujejo kvazarji, ki jih astronomi lahko vidijo po vsem vidnem vesolju; glede na izjavo kažejo na prisotnost supermasivne črne luknje.
Črne luknje imajo le tri merljive lastnosti - maso, vrtenje in polnjenje - zato je izračun mase velik del razumevanja posamezne črne luknje. V bližnjih galaksijah astronomi lahko opazujejo, kako se skupine zvezd in plina gibljejo okoli galaktičnega središča in uporabljajo ta gibanja za sklep o masi osrednje črne luknje. Toda oddaljene galaksije ležijo tako daleč, da teleskopi ne morejo razrešiti zvezd in oblakov materiala okoli črne luknje, piše v izjavi.
Tehnika, znana kot odmevno kartiranje, je astronomom omogočala merjenje mase teh obrobnih črnih lukenj. Najprej raziskovalci primerjajo svetlost sevalnega plina v zunanjem območju galaksije s svetlostjo plina, ki ga najdemo v notranjem območju galaksije. (To notranje območje, zelo blizu črne luknje, je znano kot območje kontinuuma). Plin v neprekinjenem območju vpliva na hitro premikajoči se plin. Vendar pa je svetlobi potreben čas, da potuje navzven ali odmeva, kar povzroči zamudo med spremembami, ki jih opazimo v notranjem območju, in njihovim vplivom na zunanjo območje. Merjenje zamika razkriva, kako daleč je zunanji disk plina od črne luknje. V povezavi s hitrostjo vrtenja okoli galaksije to astronomom omogoča merjenje mase SMBH, je Grier povedal za Space.com v elektronskem sporočilu.
Toda postopek je boleče počasen. Če želite opazovati učinek odmeva, je treba posamezno galaksijo preučevati več in več mesecev, daljni kvazarji pa lahko trajajo več let ponovljena opazovanja, so zapisali v izjavi raziskovalci. V zadnjih 20 letih so astronomi uspeli uporabiti tehniko odmevanja le za približno 60 SMBH v bližnjih galaksijah in nekaj oddaljenih kvazarjev.
Grier in njeni sodelavci so v okviru projekta SDK za odziv na SDSS začeli preslikavati SMBH hitreje, kot je bilo mogoče prej. Ključ do hitrejšega preslikave prihaja iz namenskega širokopasovnega teleskopa projekta, ki se nahaja v observatoriju Apache Point v Sunspotu v Novi Mehiki, ki lahko hkrati zbira podatke o več kvazarjih, navaja Grier. Trenutno opazuje obliž neba, ki vsebuje približno 850 kvazarjev.
Raziskovalci so opazovali kvazarje s kanadsko-francosko-havajskim-teleskopom na Havajih in teleskopom opazovalnice Steward Bok v Arizoni, da bi umerili svoje meritve neverjetno slabih predmetov. Skupaj so zdaj raziskovalci izmerili zamude reverberacije za 44 kvazarjev in s temi meritvami izračunali mase črnih lukenj, ki so se gibale od 5 milijonov do 1,7 milijarde krat večje od mase zemeljskega sonca, piše v izjavi.
"To je velik korak naprej za kvazarsko znanost," je v izjavi povedal Aaron Barth, profesor astronomije na kalifornijski univerzi Irvine, ki ni bil vključen v raziskave ekipe. "Prvič so pokazali, da je te težke meritve mogoče izvesti v množični proizvodnji."
Nove meritve povečajo skupno število meritev mase galaktičnih SMBH za približno dve tretjini. Ker je veliko teh galaksij zelo oddaljeno, nove meritve razkrivajo mase SMBH od daleč nazaj, do trenutka, ko je bilo vesolje le polovico svoje trenutne starosti.
Z nadaljevanjem opazovanja 850 kvazarjev s teleskopom SDSS v več letih bo ekipa nabrala dolgoletne podatke, ki jim bodo omogočali merjenje mase še tako šibkih kvazarjev, katerih daljših časovnih zamud ni mogoče meriti z enim letom podatkov.
"Gledanje opazovanja kvazarjev v več letih je ključnega pomena za doseganje dobrih meritev," je dejal Yue Shen, docent na Univerzi v Illinoisu in glavni raziskovalec projekta SDSS Reverberation Mapping Project. "Ko bomo nadaljevali s projektom spremljanja čedalje več kvazarjev v prihodnjih letih, bomo lažje razumeli, kako rastejo in se razvijajo supermasivne črne luknje."
Potem ko se bo leta 2020 končala sedanja četrta faza SDSS, se bo začela peta faza, SDSS-V. SDSS-V ima nov program, imenovan Map Hoper Black Hope, v katerem raziskovalci načrtujejo merjenje mase SMBH v več kot 1000 kvazarjih, pri čemer opazujejo bolj nežnejše in starejše kvazarje, kot jih je kdajkoli vodil kateri koli odmevni projekt.
"Mapper črne luknje nas bo spustil v dobo supermasivne odmevnosti črne luknje v resničnem industrijskem merilu," je v izjavi povedal Niel Brandt, profesor astronomije in astrofizike v državi Penn in dolgoletni član SDSS. "O teh skrivnostnih predmeh bomo izvedeli več kot kdajkoli prej."
