Astronomen kijken binnen in een quasar

Pin
Send
Share
Send

Quasars zijn enkele van de helderste objecten in het heelal en astronomen denken dat ze worden veroorzaakt door de uitstorting van straling uit de omgeving rond een actief voedend superzwaar zwart gat. Astronomen gebruikten de zwaartekracht van een relatief nabijgelegen sterrenstelsel als een zwaartekrachtlens om het licht van de verder weg gelegen quasar te focussen, wat een indrukwekkend uitzicht gaf.

Voor het eerst hebben astronomen met behulp van een nieuwe techniek in een quasar gekeken en de zogenaamde accretieschijf rond het zwarte gat gemeten. De studie bevestigt verdere bevestiging van wat wetenschappers al lang vermoedden: dat de superzware zwarte gaten van quasars worden omringd door oververhitte schijven van materiaal dat erin spiraalt.

De resultaten van het project, waarbij wetenschappers van Penn State University en Ohio State University betrokken waren, en waarnemingen met NASA's Chandra X-ray Observatory worden vandaag (5 oktober 2006) gerapporteerd tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS) High Energy Astrophysics Divisie in San Francisco.

Het onderzoeksteam, geleid door Christopher Kochanek in de staat Ohio, bestaat uit Xinyu Dai en Nicholas Morgan uit de staat Ohio en George Chartas en Gordon Garmire uit de staat Penn. Het team bestudeerde de binnenstructuren van de twee quasars, waarvan het licht pas zichtbaar werd als er een melkwegstelsel precies tussen hen en de aarde stond, waardoor hun licht als een lens werd vergroot. De astronomen vergeleken dit effect, bekend als 'zwaartekrachtlensing' of 'microlensing', met het feit dat ze onder een microscoop naar de quasars konden kijken.

"Er zijn veel modellen die proberen te beschrijven wat er in een quasar gebeurt, maar voorheen kon geen van hen worden uitgesloten. Sommigen van hen kunnen dat nu wel, 'zei Xinyu Dai, een postdoctoraal onderzoeker aan de Ohio State, die onlangs zijn doctoraat aan Penn State heeft behaald. "We kunnen beginnen met het maken van nauwkeurigere modellen van quasars en een vollediger beeld krijgen van zwarte gaten."

Garmire, uit Penn State, is de hoofdonderzoeker van de röntgencamera op het Chandra-observatorium van NASA, de Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), die de astronomen gebruikten om de zwaartekrachtlensing van de twee quasars te observeren. Deze röntgencamera is bedacht en ontwikkeld voor NASA door Penn State en het Massachusetts Institute of Technology onder leiding van Garmire, de Evan Pugh-professor in astronomie en astrofysica in Penn State. Vrijwel elke belangrijke ontdekking van Chandra is gebaseerd op waarnemingen met de ACIS-camera.

Vanaf de aarde gezien lijken quasars of quasi-stellaire objecten op sterren. Ze zijn extreem helder, daarom kunnen we ze zien, ook al behoren ze tot de verste objecten in het universum. Astronomen puzzelden decennia lang over quasars voordat ze besloten dat ze hoogstwaarschijnlijk supergrote zwarte gaten bevatten die miljarden jaren geleden vormden. Het materiaal dat in een zwart gat valt, gloeit helder en, in het geval van quasars, schijnt het over een breed scala aan energieën, waaronder zichtbaar licht, radiogolven en röntgenstralen.

"Röntgenstralen van de accretieschijven van zwarte gaten tasten emissiegebieden af ​​die dichter bij het zwarte gat liggen dan die in de optische band", legt Chartas uit, een senior onderzoeksmedewerker bij Penn State, die de röntgengegevens analyseerde van verschillende de objecten in deze microlensing-studie. “Door de röntgenlichtcurven van een microlensing-gebeurtenis te vergelijken met die in verschillende optische banden, hebben we de relatieve afmetingen van de emissiegebieden afgeleid. Door deze vergelijking konden we de structuur van de aanwasschijf van een zwart gat op verschillende golflengten beperken. "

Quasars zijn zo ver weg dat ze, zelfs bij de meest geavanceerde telescopen, er normaal gesproken uitzien als een klein lichtpuntje. Maar Einstein voorspelde dat enorme objecten in de ruimte soms kunnen werken als lenzen, licht buigen en vergroten van objecten die zich achter hen bevinden, zoals gezien door een waarnemer. Het effect wordt zwaartekrachtlensing genoemd en stelt astronomen in staat om sommige objecten in verder onbereikbare details te bestuderen. "Gelukkig voor ons fungeren sterren en sterrenstelsels soms als telescopen met een zeer hoge resolutie", zei Kochanek. "Nu kijken we niet alleen naar een quasar, we onderzoeken de binnenkant van een quasar en gaan naar het zwarte gat."

De wetenschappers konden de grootte van de zogenaamde accretieschijf rond het zwarte gat in elke quasar meten. In elk ervan omringde de schijf een kleiner gebied dat röntgenstralen uitzond, alsof het schijfmateriaal werd opgewarmd terwijl het in het zwarte gat in het midden viel. Dat was wat ze verwachtten te zien, gezien de huidige opvattingen over quasars. Maar de binnenkant zal hen helpen die begrippen te verfijnen, zei Dai.

De sleutel tot het project was de Chandra X-Ray Observatory van NASA, waarmee de astronomen de helderheid van het röntgenstralingsgebied van elke quasar nauwkeurig konden meten. Ze koppelden die metingen aan metingen van optische telescopen die behoren tot het consortium van het Small and Moderate Aperture Research Telescope System en het Optical Gravitational Lensing Experiment. De astronomen bestudeerden de variabiliteit van zowel de röntgenstralen als het zichtbare licht van de quasars en vergeleken die metingen om de grootte van de accretieschijf in elk ervan te berekenen. Ze gebruikten een computerprogramma dat Kochanek speciaal voor dergelijke berekeningen had gemaakt en draaiden het op een computercluster met 48 processors. De berekeningen voor elke quasar duurden ongeveer een week.

De twee quasars die ze hebben bestudeerd, heten RXJ1131-1231 en Q2237 + 0305, en er is niets bijzonders aan, zei Kochanek, behalve dat ze allebei een zwaartekrachtlens hadden. Hij en zijn groep bestuderen momenteel 20 van dergelijke lensquasars, en ze zouden uiteindelijk graag röntgengegevens over ze allemaal willen verzamelen.

Dit project maakt deel uit van een voortdurende samenwerking tussen Ohio State en Penn State. Het onderzoek wordt gefinancierd door NASA. De computercluster werd geleverd door Cluster Ohio, een initiatief van het Ohio Supercomputer Center (OSC), de Ohio Board of Regents en de OSC Statewide Users Group. Het Marshall Space Flight Center van de NASA in Huntsville, Alabama, beheert het Chandra-programma voor het directoraat Wetenschapsmissie van het bureau. Het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, bestuurt de wetenschap en vluchtactiviteiten vanuit het Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.

Oorspronkelijke bron: PSU-persbericht

Pin
Send
Share
Send