Categorieën
Astronomie Het Heelal

Astronomen gebruiken Black Hole-echo’s om het heelal in kaart te brengen.

Vanuit ons enige uitkijkpunt in de kosmos is het echt moeilijk om driedimensionale ruimte te begrijpen.

We kunnen sterren gemakkelijk ten opzichte van elkaar in sterrenbeelden in kaart brengen, maar weten welke dichterbij en welke verder weg zijn, is een stuk moeilijker te meten.

Een manier om de afstand tot objecten in de ruimte te bepalen, is door standaardkaarsen te gebruiken – objecten met een bekende intrinsieke helderheid. Astronomen meten het verschil tussen hoe helder het object werkelijk is en hoe helder het ons lichtjaren van ons lijkt, en gebruiken dat verschil om te berekenen hoe ver het licht is afgelegd.

Deze kaarsen bevatten pulserende sterren waarvan de intrinsieke helderheid is gekoppeld aan de timing van hun pulsen, en supernovae met een beperkt piekhelderheidsbereik.

Nu hebben astronomen de levensvatbaarheid aangetoond van wat het meest onwaarschijnlijke instrument in het heelal lijkt te zijn voor deze set – superzware zwarte gaten. Of, in ieder geval, de echo’s ervan.

“Het meten van kosmische afstanden is een fundamentele uitdaging in de astronomie, dus de mogelijkheid om een ​​extra trucje achter de hand te hebben is erg opwindend”, zei astronoom Yue Shen van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.

Misschien voel je je hier een beetje verbaasd. Hoewel het waar is dat we (min of meer) weten hoe helder zwarte gaten zijn, helpt dat helemaal niet – omdat ze, nou ja, het tegenovergestelde van helder zijn.

Ze geven helemaal geen waarneembare straling af; ze zijn in feite onzichtbaar.

Er zijn maar liefst een miljard zwarte gaten met een stellaire massa in de Melkweg; we hebben maar een paar handenvol geïdentificeerd.

Superzware zwarte gaten die zich in de harten van sterrenstelsels bevinden, zijn echter een heel andere ketel.

Nee, we kunnen ze nog steeds niet zien; maar als ze actief zijn, schijnt het materiaal om hen heen inderdaad heel helder. En het is de manier waarop licht zich in deze directe omgeving gedraagt, kan worden gebruikt om de intrinsieke helderheid ervan te bepalen.

Een actief superzwaar zwart gat is er een dat zich voedt met materiaal, en dit materiaal is gestructureerd rond het zwarte gat in een bekende architectuur. In het midden bevindt zich het superzware zwarte gat zelf, een beest van een ding dat miljoenen tot tientallen miljarden keer de massa van de zon kan hebben.

Hieromheen wervelt een schijf van materiaal, die door de zwaartekracht in het zwarte gat wordt overgeheveld, een beetje zoals water dat rondcirkelt en in een afvoer valt. Dit is de aanwasschijf en de intense zwaartekracht- en wrijvingskrachten daarin verhitten het materiaal en zorgen ervoor dat het helder gaat gloeien. Maar dat is niet wat astronomen hebben gemeten.

Alma Telescope

Buiten de accretieschijf bevindt zich een grotere wolk, een ring in de vorm van een ring van stof, de torus. De hele structuur is in elkaar gezet zoals de illustratie hierboven. Het is die buitenste torus die de sleutel is tot een techniek die bekend staat als echo-mapping of galm-mapping.

Af en toe flakkert het gebied van de accretieschijf dat zich het dichtst bij een actief superzwaar zwart gat bevindt helder in overwegend optische en ultraviolette golflengten – en wanneer het de torus bereikt, “echoot” het.

Het optische en ultraviolette licht wordt geabsorbeerd door de stoffige wolk, die verwarmt en die thermische energie uitzendt als midden-infrarood licht.

Accretieschijven kunnen enorm zijn; het kan jaren duren voordat het licht de torus bereikt en opnieuw wordt uitgezonden. Maar aangezien we de lichtsnelheid kennen, kunnen astronomen de tijd tussen de flare en de echo gebruiken om de afstand tussen de binnenrand van de accretieschijf en de torus te berekenen.

Dit is waar het echt slim wordt. We weten dat de binnenrand van de accretieschijf waanzinnig heet is. En we weten dat de schijf koeler wordt als we naar buiten bewegen vanuit het zwarte gat.

Wanneer de temperatuur daalt tot ongeveer 1.200 graden Celsius (2.200 graden Fahrenheit), kunnen zich stofwolken vormen.

Dus de afstand tussen de torus en de binnenrand van de accretieschijf is recht evenredig met die waanzinnig hete temperatuur.

Als we de afstand kennen, kunnen we de temperatuur berekenen – en zodra we de temperatuur kennen, kunnen we berekenen hoeveel licht dat gebied uitstraalt. Boom. Intrinsieke helderheid. Die link wordt de R-L-relatie genoemd (voor straal en helderheid).

Nou, het is duidelijk niet zo simpel als “boem”. U moet gedurende lange tijd zeer zorgvuldig naar een zwart gat kijken om de optische / ultraviolette flits en de mid-infrarood echo te detecteren.

Een team van astronomen onder leiding van Qian Yang van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign kamde bijna twintig jaar aan gegevens verzameld door optische telescopen op de grond om de optische flitser te zoeken.

Vervolgens bestudeerden ze gegevens die tussen 2010 en 2019 waren verzameld door NASA’s Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer op zoek naar overeenkomstige infraroodfakkels.

Ze identificeerden 587 superzware zwarte gaten met een optische flitser en een mid-infrarood echo – de grootste enquête in zijn soort.

En hoewel er nog steeds ruimte is om de gegevens te verfijnen – de infraroodonderzoeken bestreken niet het volledige infraroodbereik, wat betekent dat er nogal wat onzekerheid is in de afstandsberekeningen – hebben ze bevestigd dat de RL-relatie schaalt en dat de echo zich gedraagt. op dezelfde manier door superzware zwarte gaten van alle groottes in hun monster.

Het werk om de metingen te verfijnen is aan de gang.

Het team werkt aan het verbeteren van hun modellen om het gedrag van het stof en hoe het infrarood licht afgeeft, beter te beperken. En natuurlijk zullen lopende onderzoeken met betere technologie waarnemingen van hogere kwaliteit blijven opleveren.

“Het mooie van de echo mapping-techniek is dat deze superzware zwarte gaten niet snel zullen verdwijnen”, zei Yang. “Dus we kunnen de stofecho’s keer op keer meten voor hetzelfde systeem om de afstandsmeting te verbeteren.”

Het onderzoek is gepubliceerd in: The astrophysical journal


Dit artikel werd gepubliceerd op: Sciencalert.com

Auteur: Michelle Starr

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.