Новости космоса и технологий. » Космос и астрономия » «Картирование эха» в далеких галактиках может измерять огромные космические расстояния

«Картирование эха» в далеких галактиках может измерять огромные космические расстояния

Опубликовал: Admin, 2-10-2020, 01:01, Космос и астрономия, 461, 0

«Картирование эха» в далеких галактиках может измерять огромные космические расстояния

Когда вы смотрите на ночное небо, как узнать, являются ли пятнышки света, которые вы видите, яркими и далекими или относительно слабыми и близкими? Один из способов узнать это - сравнить, сколько света действительно излучает объект, с тем, насколько ярким он кажется. Разница между его истинной светимостью и видимой яркостью показывает расстояние до объекта от наблюдателя.

Измерение яркости небесного объекта - непростая задача, особенно с черные дыры , которые не испускают свет . Но сверхмассивные черные дыры, лежащие в центре большинства галактик, представляют собой лазейку: они часто притягивают к себе много материи, образуя горячие диски, которые могут ярко излучать. Измерение яркости яркого диска позволило бы астрономам определить расстояние до черной дыры и галактики, в которой она живет. Измерения расстояния не только помогают ученым создавать более точную трехмерную карту Вселенной, но и могут предоставить информацию о том, как и когда объекты сформировались.

В новом исследовании астрономы использовали метод, который некоторые прозвали «эхо-картированием», для измерения светимости дисков черных дыр в более чем 500 галактиках. Опубликовано в прошлом месяце в Астрофизический журнал , исследование добавляет поддержку идее, что этот подход может быть использован для измерения расстояний между Землей и этими далекими галактиками.

Процесс отображения эха, также известный как отображение реверберации, начинается, когда диск горячей плазмы (атомы, потерявшие электроны) рядом с черной дырой становится ярче, иногда даже испуская короткие вспышки видимого света (то есть длины волн, которые можно увидеть человеческим глазом). Этот свет уходит от диска и в конечном итоге попадает в общую черту большинства сверхмассивных систем черных дыр: огромное облако пыли в форме бублика (также известного как тор). Вместе диск и тор образуют своего рода «яблочко», с аккреционным диском, плотно обернутым вокруг черной дыры, за которым следуют последовательные кольца чуть более холодной плазмы и газа, и, наконец, пылевой тор, который составляет самое широкое и внешнее кольцо в мире. в яблочко. Когда вспышка света от аккреционного диска достигает внутренней стенки пыльного тора, свет поглощается, в результате чего пыль нагревается и испускает инфракрасный свет. Это просветление тора - прямой ответ или, можно сказать, «эхо» изменений, происходящих в диске.

Расстояние от аккреционного диска до внутренней части пылевого тора может быть огромным - миллиарды или триллионы миль. Даже свету, движущемуся со скоростью 186000 миль (300000 км) в секунду, могут потребоваться месяцы или годы, чтобы пересечь его. Если астрономы могут наблюдать как начальную вспышку видимого света в аккреционном диске, так и последующее инфракрасное повышение яркости тора, они также могут измерить время, которое потребовалось свету, чтобы пройти между этими двумя структурами. Поскольку свет распространяется со стандартной скоростью, эта информация также дает астрономам расстояние между диском и тором.

Затем ученые могут использовать измерение расстояния для расчета светимости диска и, теоретически, его расстояния от Земли. Вот как: температура в части диска, ближайшей к черной дыре, может достигать десятков тысяч градусов - настолько высока, что даже атомы разрываются на части и частицы пыли не могут образовываться. Тепло от диска также согревает все вокруг, как костер в холодную ночь. По мере удаления от черной дыры температура постепенно понижается.

Астрономы знают, что пыль образуется, когда температура опускается примерно до 2200 градусов по Фаренгейту (1200 по Цельсию); чем больше костер (или чем больше энергии излучает диск), тем дальше от него образуется пыль. Таким образом, измерение расстояния между аккреционным диском и тором показывает выходную энергию диска, которая прямо пропорциональна его светимости.

Поскольку свету могут потребоваться месяцы или годы, чтобы пересечь пространство между диском и тором, астрономам нужны данные, охватывающие десятилетия. Новое исследование основано на почти двух десятилетиях наблюдений аккреционных дисков черных дыр в видимом свете, полученных с помощью нескольких наземных телескопов. Инфракрасный свет, излучаемый пылью, был обнаружен системой NASA Wide Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE), ранее называвшейся WISE. Космический корабль обследует все небо примерно раз в шесть месяцев, давая астрономам возможность неоднократно наблюдать галактики и искать признаки этих световых «эхо». В исследовании использовались 14 обзоров неба, сделанных WISE /NEOWISE в период с 2010 по 2019 год. В некоторых галактиках свету требовалось более 10 лет, чтобы пройти расстояние между аккрецией диск и пыль, что делает их самыми длинными эхосигналами, когда-либо измеренными за пределами галактики Млечный Путь.

Далекие-далекие галактики

Идея использовать эхо-картографию для измерения расстояния от Земли до далеких галактик не нова, но исследование делает значительные успехи в демонстрации ее возможности. Это крупнейшее исследование в своем роде, исследование подтверждает, что картирование эха одинаково действует во всех галактиках, независимо от таких переменных, как размер черной дыры, который может значительно различаться во Вселенной. Но техника не готова к прайм-тайму.

Из-за множества факторов авторам не хватает точности измерения расстояний. В частности, по словам авторов, им нужно больше узнать о структуре внутренних областей пылевого бублика, окружающего черную дыру. Эта структура может влиять на такие вещи, как то, какие длины волн инфракрасного света излучает пыль, когда свет впервые достигает ее.

Данные WISE не охватывают весь инфракрасный диапазон длин волн, и более широкий набор данных может улучшить измерения расстояний. Римский космический телескоп Нэнси Грейс НАСА, запуск которого запланирован на середину 2020-х годов, будет обеспечивать целевые наблюдения в различных инфракрасных диапазонах длин волн. Предстоящая миссия агентства SPHEREx (которая расшифровывается как Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) будет исследовать все небо в нескольких инфракрасных длинах волн, а также может помочь улучшить технику.

«Прелесть техники эхо-картирования в том, что эти Сверхмассивные черные дыры Не исчезнут в ближайшее время», - сказал Цянь Ян, исследователь из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и ведущий автор исследования. к тому факту, что диски черных дыр могут активно вспыхивать в течение тысяч или даже миллионов лет. «Таким образом, мы можем измерять эхо-сигналы от пыли снова и снова для одной и той же системы, чтобы улучшить измерение расстояния».

Измерения расстояний на основе светимости уже можно проводить с объектами, известными как «стандартные свечи», которые имеют известную светимость. Одним из примеров является тип взрывающейся звезды, называемой сверхновой типа 1a, которая сыграла решающую роль в открытии темной энергии (название, данное загадочной движущей силе ускоряющегося расширения Вселенной). Все сверхновые типа 1a имеют примерно одинаковую светимость, поэтому астрономам нужно только измерить их видимую яркость, чтобы рассчитать расстояние до Земли.

С помощью других стандартных свечей астрономы могут измерить свойство объекта, чтобы определить его удельную светимость. Так обстоит дело с отображением эха, где каждый аккреционный диск уникален, но метод измерения яркости такой же. У астрономов есть преимущества в использовании нескольких стандартных свечей, например, возможность сравнивать измерения расстояний, чтобы подтвердить их точность, и каждая стандартная свеча имеет сильные и слабые стороны.

«Измерение космических расстояний - фундаментальная проблема в астрономии, поэтому возможность иметь дополнительный трюк в рукаве очень увлекательна», - сказал Юэ Шен, также исследователь из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и соавтор статьи. .


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии