Kosmologiczna lupa umożliwia zbadanie super masywnej czarnej dziury

Kosmologiczna lupa umożliwia zbadanie super masywnej czarnej dziury

12.12.2008

Łącząc podwójną naturalną soczewkę grawitacyjną i możliwości teleskopu ESO VLT (Very Large Telescope) astronomowie zbadali wewnętrzną część dysku wokół super masywnej czarnej dziury oddalonej o 10 miliardów lat świetlnych. Udało się zbadać dysk z dokładnością tysiące razy wyższą, niż jest możliwa do uzyskania za pomocą najlepszych teleskopów, dostarczając pierwszych obserwacyjnych dowodów potwierdzających dominujące teoretyczne modele tych struktur.

Wykazaliśmy, że najwyższe energie promieniowania pochodzą z centralnego rejonu – z odległości nie większej niż jeden dzień świetlny od czarnej dziury, a co ważniejsze, że energie zmniejszają się wraz z odległością od czarnej dziury prawie dokładnie tak, jak przewiduje teoria

Alexander Eigenbrod

Zespół astronomów z Europy i USA zbadał sławny „krzyż Einsteina”. Mająca krzyż struktura zbudowana jest z czterech obrazów tej samej, oddalonej galaktyki. Wielokrotny obraz powstał w wyniku soczewkowania grawitacyjnego przez galaktykę leżącą znacznie bliżej – a obserwowany efekt został przewidziany jako konsekwencja ogólnej teorii względności Einsteina. Źródłem światła obserwowanego jako krzyż Einsteina jest kwazar oddalony o 10 miliardów lat świetlnych. Galaktyka działająca jak soczewka znajduje się 10 razy bliżej – w odległości miliarda lat świetlnych. Światło kwazara ugina się i jest wzmacniane przez pole grawitacyjne bliższej galaktyki działającej jak soczewka.

Efekt powiększenia znany jako makrosoczewkowanie, w którym galaktyka odgrywa rolę kosmicznego szkła powiększającego czy naturalnego teleskopu, okazuje się być użyteczny w astronomii ponieważ umożliwia obserwację odległych obiektów, które bez jego pomocy byłoby niemożliwe do badania za pomocą obecnie istniejących teleskopów. „Połączenie naturalnego powiększenia wraz z użyciem dużego teleskopu daje nam najostrzejszy obraz jaki kiedykolwiek uzyskano „- wyjaśnia Frédéric Courbin kierujący zespołem badań krzyża Einsteina za pomocą teleskopu ESO VLT.

W dodatku do efektu makrosoczewkowania przez galaktykę, również jej gwiazdy działają jako dodatkowe soczewki zwiększając powiększenie. To dodatkowe powiększenie działa na tej samej zasadzie co makrosoczewkowania tyle, że w mniejszej skali. Ponieważ gwiazdy są znacznie mniejsze od galaktyk, określane jest terminem mikrosoczewkowania. Gdy gwiazdy przemieszczają się wewnątrz galaktyki soczewkującej, powiększenie uzyskane w procesie mikrosoczewkowania ulega zmianom wraz z upływem czasu. W wyniku tego procesu obserwując z Ziemi jasność obrazów kwazara widzimy drgania wokół średniej wartości. Obszar powiększany przez poruszające się gwiazdy ma przekątną kilku dni świetlnych – a więc jest zbliżony do rozmiarów dysku akrecyjnego kwazara.

Mikrosoczewkowanie wpływa na różne rejony emisji dysku akrecyjnego na różne sposoby, wzmacniając szczególne mniejsze obszary. Ponieważ rejony o różnych temperaturach mają różną barwę (temperaturę) sumarycznym efektem mikrosoczewkowania jest – poza zmianą jasności – tworzenie zmian barwy obrazów kwazara. Prowadząc szczegółowe obserwacje tych zmian przez kilka lat astronomowie potrafią określić jak materia i energia są rozmieszczone wokół super masywnej czarnej dziury ukrytej w sercu kwazara. To właśnie uczynili astronomowie wykorzystując teleskop ESO VLT trzy razy w miesiącu przez trzy lata do rejestracji zmian jasności o barwy czterech obrazów kwazara.

„Dzięki tym unikalnym danym mogliśmy wykazać, że najwyższe energie promieniowania pochodzą z centralnego rejonu – z odległości nie większej niż jeden dzień świetlny od czarnej dziury, a co ważniejsze, że energie zmniejszają się wraz z odległością od czarnej dziury prawie dokładnie tak, jak przewiduje teoria „- mówi Alexander Eigenbrod, który wykonał analizę danych.

Wykorzystanie makro- i mikrosoczewkowania w połączeniu z dużą średnicą teleskopu VLT umożliwiło astronomom zbadanie rejonów o przekątnej jednej milionowej sekundy łuku. To odpowiada obserwacje monety euro z odległości pięciu milionów kilometrów – 13 razy dalej niż Księżyc. „Uzyskaliśmy 1000 razy lepszą rozdzielczość niż może być uzyskana za pomocą najlepszych dostępnych obecnie teleskopów „- dodaje Courbin.

Pomiar dystrybucji temperatury wokół czarnej dziury za pomocą tej techniki jest unikalnym osiągnięciem. Istnieje wiele teorii wyjaśniających powstanie i mechanizmy zasilające kwazary, z których każda przewiduje inny rozkład temperatur. Dotychczas nie istniały dane obserwacyjne niezależne od teoretycznych modeli, które umożliwiłyby sprawdzenie poprawności teorii – szczególnie dotyczy to centralnych rejonów kwazara. „To pierwsze dokładne i bezpośrednie pomiary rozmiaru i barwy dysku akrecyjnego kwazara – niezależne od modeli „- podsumowuje Georges Meylan.

Źródło:

  • Eigenbrod, A., Courbin, F., Sluse, D., Meylan, G. & Agol, E. 2008, Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ? the Einstein Cross. I. Spectrophotometric monitoring with the VLT, Astronomy & Astrophysics, 480, 647
  • Eigenbrod, A., Courbin, F., Meylan, G., Agol, E., Anguita, T., Schmidt, R. W. & Wambsganss, J. 2008, Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ? the Einstein Cross. II. Energy profile of the accretion disk, Astronomy & Astrophysics, 490, 933
  • ESO: Astronomers Dissect a Supermassive Black Hole with Natural Magnifying Glasses
  • Zdjęcie: ESO/F. Courbin et al.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *