Het is een lastige zaak om de afstand van sterrenstelsels tot ons zonnestelsel te bepalen. In het verleden was dit proces gebaseerd op het vinden van sterren in andere sterrenstelsels waarvan de absolute lichtopbrengst meetbaar was. Door de helderheid van deze sterren te meten, hebben wetenschappers bepaalde sterrenstelsels kunnen onderzoeken die 300 miljoen lichtjaar van ons verwijderd zijn.
Er is echter een nieuwe en nauwkeurigere methode ontwikkeld, dankzij een team van wetenschappers onder leiding van Dr. Sebastian Hoenig van de University of Southampton. Vergelijkbaar met wat landmeters hier op aarde gebruiken, maten ze het fysieke en hoekige (of duidelijk) grootte van een standaardliniaal in de melkweg om afstandsmetingen te kalibreren.
Hoenig en zijn team gebruikten deze methode op het WM Keck-observatorium, nabij de top van Mauna Kea op Hawaï, om voor het eerst de afstand tot het NGC 4151-melkwegstelsel nauwkeurig te bepalen - ook wel bekend bij astronomen als het "Oog van Sauron". melkwegstelsel NGC 4151, dat door astronomen het 'Oog van Sauron' wordt genoemd vanwege de gelijkenis met de afbeelding van Sauron in de trilogie 'The Lord of the Rings', is belangrijk voor het nauwkeurig meten van massa's van zwarte gaten.
Onlangs gerapporteerde afstanden variëren van 4 tot 29 megaparsecs, maar met behulp van deze nieuwe methode berekenden de onderzoekers een afstand van 19 megaparsecs tot het superzware zwarte gat.
Net als in de beroemde sage speelt een ring een cruciale rol in deze nieuwe meting. Wetenschappers hebben opgemerkt dat alle grote sterrenstelsels in het universum een superzwaar zwart gat in hun centrum hebben. En in ongeveer een tiende van alle sterrenstelsels blijven deze superzware zwarte gaten groeien door enorme hoeveelheden gas en stof uit hun omgeving te slikken.
In dit proces warmt het materiaal op en wordt het zeer helder - het wordt de meest energetische emissiebron in het universum dat bekend staat als actieve galactische kernen (AGN).
Het hete stof vormt een ring rond het superzware zwarte gat en zendt infraroodstraling uit, die de onderzoekers als liniaal gebruikten. De schijnbare afmeting van deze ring is echter zo klein dat de waarnemingen werden uitgevoerd met behulp van infraroodinterferometrie om de twee telescopen van W. Keck Observatory te combineren met twee telescopen van 10 meter, om het resolutievermogen van een 85 meter lange telescoop te bereiken.
Om de fysieke grootte van de stoffige ring te meten, maten de onderzoekers de tijdsvertraging tussen de emissie van licht van heel dichtbij het zwarte gat en de infraroodemissie. Deze vertraging is de afstand die het licht moet afleggen (met de snelheid van het licht) van dichtbij het zwarte gat naar het hete stof.
Door deze fysieke grootte van de stofring te combineren met de schijnbare grootte gemeten met de gegevens van de Keck-interferometer, konden de onderzoekers de afstand tot het sterrenstelsel NGC 4151 bepalen.
Dr. Hoenig zei: “Een van de belangrijkste bevindingen is dat de afstand die op deze nieuwe manier wordt bepaald vrij nauwkeurig is - met slechts ongeveer 10 procent onzekerheid. Als het huidige resultaat voor NGC 4151 ook geldt voor andere objecten, kan het in feite alle andere huidige methoden verslaan om dezelfde precisie te bereiken om afstanden voor verre sterrenstelsels direct te bepalen op basis van eenvoudige geometrische principes. Bovendien kan het gemakkelijk op veel meer bronnen worden gebruikt dan de huidige meest nauwkeurige methode. ”
"Dergelijke afstanden zijn essentieel om de kosmologische parameters vast te stellen die ons universum kenmerken of om de massa's van zwarte gaten nauwkeurig te meten," voegde hij eraan toe. “Inderdaad, NGC 4151 is een cruciaal anker om verschillende technieken te kalibreren om massa's van zwarte gaten te schatten. Onze nieuwe afstand impliceert dat deze massa's mogelijk systematisch met 40 procent zijn onderschat. ”
Dr. Hoenig zet samen met collega's in Denemarken en Japan momenteel een nieuw programma op om hun werk uit te breiden naar veel meer AGN. Het doel is om op deze nieuwe manier nauwkeurige afstanden tot een tiental sterrenstelsels vast te stellen en deze te gebruiken om kosmologische parameters tot een paar procent te beperken. In combinatie met andere metingen zal dit een beter begrip geven van de geschiedenis van expansie van ons universum.
Het onderzoek is woensdag 26 november gepubliceerd in de online editie van het tijdschrift Natuur.
