Att bestämma avståndet till galaxer från vårt solsystem är en svår affär. Tidigare förlitade sig denna process på att hitta stjärnor i andra galaxer vars absoluta ljuseffekt var mätbar. Genom att mäta ljusstyrkan hos dessa stjärnor har forskare kunnat undersöka vissa galaxer som ligger 300 miljoner ljusår från oss.
En ny och mer exakt metod har emellertid utvecklats tack vare ett team av forskare under ledning av Dr. Sebastian Hoenig från University of Southampton. I likhet med vad landmätare använder här på jorden, mätte de fysiska och kantiga (eller skenbar) storleken på en standard linjal i galaxen för att kalibrera avståndsmätningar.
Hoenig och hans team använde denna metod vid WM Keck-observatoriet, nära toppen av Mauna Kea på Hawaii, för att exakt bestämma för första gången avståndet till NGC 4151-galaxen - annars känd för astronomer som "Eye of Sauron". galaxen NGC 4151, som kallas "Eye of Sauron" av astronomer för dess likhet med skildringen av Sauron i "The Lord of the Rings" -trilogin, är viktigt för att mäta svarthålsmassor noggrant.
Nyligen rapporterade avstånd sträcker sig från 4 till 29 megaparsek, men med denna nya metod beräknade forskarna ett avstånd på 19 megaparsek till det supermassiva svarta hålet.
Precis som i den berömda sagan spelar en ring en avgörande roll i denna nya mätning. Forskare har observerat att alla stora galaxer i universum har ett supermassivt svart hål i sitt centrum. Och i ungefär en tiondel av alla galaxer fortsätter dessa supermassiva svarta hål att växa genom att svälja enorma mängder gas och damm från deras omgivningar.
I denna process värms upp materialet och blir mycket ljust - och blir de mest energiska emissionskällorna i universum som kallas aktiva galaktiska kärnor (AGN).
Det heta dammet bildar en ring runt det supermassiva svarta hålet och avger infraröd strålning, som forskarna använde som linjal. Emellertid är den uppenbara storleken på denna ring så liten att observationerna utfördes med infraröd interferometri för att kombinera W. Keck Observatoriums tvilling-10-teleskop för att uppnå upplösningskraften hos ett 85 m-teleskop.
För att mäta den fysiska storleken på den dammiga ringen, mätte forskarna tidsfördröjningen mellan utsläpp av ljus från mycket nära det svarta hålet och den infraröda utsläppet. Denna fördröjning är det avstånd som ljuset måste röra sig (med ljusets hastighet) från nära det svarta hålet till det heta dammet.
Genom att kombinera denna fysiska storlek på dammringen med den uppenbara storleken uppmätt med data från Keck-interferometern kunde forskarna bestämma avståndet till galaxen NGC 4151.
Som Dr. Hoenig sa: ”Ett av de viktigaste resultaten är att avståndet som bestämts på detta nya sätt är ganska exakt - med bara cirka 10 procent osäkerhet. Om det nuvarande resultatet för NGC 4151 gäller för andra objekt kan det faktiskt slå alla andra strömmetoder för att nå samma precision för att bestämma avstånd för avlägsna galaxer direkt baserat på enkla geometriska principer. Dessutom kan den lätt användas på många fler källor än den nuvarande mest exakta metoden. ”
"Sådana avstånd är viktiga för att fästa ned de kosmologiska parametrarna som kännetecknar vårt universum eller för att mäta svarthålsmassor exakt," tillade han. ”NGC 4151 är faktiskt ett avgörande ankare för att kalibrera olika tekniker för att uppskatta svarthålsmassor. Vårt nya avstånd innebär att dessa massor systematiskt har underskattats med 40 procent. ”
Dr. Hoenig, tillsammans med kollegor i Danmark och Japan, håller för närvarande på att inrätta ett nytt program för att utvidga sitt arbete till många fler AGN. Målet är att fastställa exakta avstånd till ett dussin galaxer på detta nya sätt och använda dem för att begränsa kosmologiska parametrar till inom några få procent. I kombination med andra mätningar kommer detta att ge en bättre förståelse av historien om vårt universums expansion.
Forskningen publicerades onsdagen 26 november i onlineutgåvan av tidskriften Natur.
