Kvasarer är några av de ljusaste föremålen i universum, och astronomer tror att de orsakas av strålning från miljön runt ett aktivt matande supermassivt svart hål. Astronomer använde gravitationen från en relativt närliggande galax som en gravitationslins för att fokusera ljuset från den mer avlägsna kvasaren, vilket gav denna imponerande utsikt.
För första gången, med en ny teknik, har astronomer tittat inuti en kvasar och mät den så kallade ackretionsskivan runt det svarta hålet. Studien ger ytterligare bekräftelse på det som forskare länge har misstänkt - att de supermassiva svarta hålen i kvasarer är omgiven av superuppvärmda skivor av material som spiralerar in i dem.
Resultaten av projektet, som involverade forskare från Penn State University och Ohio State University, och observationer med NASA: s Chandra röntgenobservatorium rapporteras i dag (5 oktober 2006) vid mötet med American Astronomical Society (AAS) High Energy Astrophysics Division i San Francisco.
Forskningsteamet, ledat av Christopher Kochanek vid Ohio State, inkluderar Xinyu Dai och Nicholas Morgan vid Ohio State och George Chartas och Gordon Garmire i Penn State. Teamet studerade de inre strukturerna i de två kvasarna, vars ljus först blev synligt när en galax råkade röra sig rätt mellan dem och jorden, förstorade deras ljus som en lins. Astronomerna liknade denna effekt, känd som "gravitationslinsning" eller "mikrolensing", för att kunna titta på kvasarerna under ett mikroskop.
"Det finns många modeller som försöker beskriva vad som händer i en kvasar och förut kunde ingen av dem uteslutas. Nu kan några av dem, ”sade Xinyu Dai, en postdoktor i Ohio State som nyligen fick sin doktorsexamen vid Penn State. "Vi kan börja göra mer exakta modeller av kvasarer och få en mer fullständig bild av svarta hål."
Garmire, från Penn State, är den huvudsakliga utredaren av röntgenkamera på NASA: s Chandra-observatorium, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), som astronomerna använde för att observera gravitationslinsen hos de två kvasarna. Denna röntgenkamera utformades och utvecklades för NASA av Penn State och Massachusetts Institute of Technology under ledning av Garmire, som är Evan Pugh-professor i astronomi och astrofysik vid Penn State. Praktiskt taget varje viktig Chandra-upptäckt har baserats på observationer med ACIS-kameran.
Sett från jorden ser kvasarer eller kvasstjärniga föremål ut som stjärnor. De är extremt ljusa, varför vi kan se dem även om de är bland de mest avlägsna föremål i universum. Astronomer undrade över kvasarer i årtionden innan de beslutade att de troligen innehåller supermassiva svarta hål som bildades för miljarder år sedan. Materialet som faller in i ett svart hål lyser starkt och när det gäller kvasarer lyser det över ett brett spektrum av energier, inklusive synligt ljus, radiovågor och röntgenstrålar.
"Röntgenstrålar från ackretionsskivorna för svarta hål sondutsläpp regioner närmare det svarta hålet än de i det optiska bandet," förklarar Chartas, en senior forskningsassistent vid Penn State, som analyserade röntgenuppgifter som erhållits från övervakning av flera av föremålen i denna mikrolensstudie. "Genom att jämföra röntgenstrålkastarna i en mikrolenseringshändelse med de i flera optiska band, slog vi ut de relativa storleken på utsläppsområdena. Denna jämförelse gjorde det möjligt för oss att begränsa strukturen på ett svart håls ackretionsskiva med olika våglängder. "
Kvasarer är så långt borta att de, även i de mest avancerade teleskopen, normalt ser ut som en liten ljuspunkt. Men Einstein förutspådde att massiva föremål i rymden ibland kan fungera som linser, böja och förstora ljus från föremål som ligger bakom dem, sett av en observatör. Effekten kallas gravitationslinsning och gör det möjligt för astronomer att studera vissa objekt i annars ouppnåelig detalj. "Lyckligtvis för oss fungerar ibland stjärnor och galaxer som mycket högupplösta teleskop," sade Kochanek. "Nu tittar vi inte bara på en kvasar, vi testar inuti en kvasar och kommer ner till det där svarta hålet är."
Forskarna kunde mäta storleken på den så kallade ackretionsskivan runt det svarta hålet i varje kvasar. I var och en omgav skivan ett mindre område som sände röntgenstrålar, som om skivmaterialet värmdes upp när det föll in i det svarta hålet i mitten. Det är vad de förväntade sig, med tanke på nuvarande uppfattningar om kvasarer. Men insidan kommer att hjälpa dem att börja förfina dessa uppfattningar, sade Dai.
Nyckeln till projektet var NASA: s Chandra röntgenobservatorium, som gjorde det möjligt för astronomerna att exakt mäta ljusstyrkan i den röntgenstrålande regionen i varje kvasar. De kopplade dessa mätningar till sådana från optiska teleskop som tillhör Small and Moderate Aperture Research Telescope System Consortium och Optical Gravitational Lensing Experiment. Astronomerna studerade variationen i både röntgenstrålarna och synligt ljus från kvasarna och jämförde dessa mätningar för att beräkna storleken på ackretionsskivan i varje. De använde ett datorprogram som Kochanek skapade speciellt för sådana beräkningar och körde det på ett 48-processor datorkluster. Beräkningarna för varje kvasar tog cirka en vecka att slutföra.
De två kvasarerna som de studerade heter RXJ1131-1231 och Q2237 + 0305, och det finns inget speciellt med dem, sa Kochanek, förutom att de båda var linsade på gravitationsnivå. Han och hans grupp studerar för närvarande 20 sådana linserade kvasarer, och de vill så småningom samla in röntgenuppgifter om dem alla.
Detta projekt är en del av ett pågående samarbete mellan Ohio State och Penn State. Forskningen finansieras av NASA. Datorklustret tillhandahölls av Cluster Ohio, ett initiativ från Ohio Supercomputer Center (OSC), Ohio Board of Regents och OSC Statewide Users Group. NASA: s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, förvaltar Chandra-programmet för byråns Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, styr vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center i Cambridge, Massachusetts.
Originalkälla: PSU News Release
