Kwazary jako kosmiczne świece standardowe

W 1929 roku Edwin Hubble opublikował obserwacje, z których wynika, że odległości i prędkości galaktyk są skorelowane, a odległości te są wyznaczane na podstawie gwiazd zwanych cefeidami. Harwardzka astronom Henrietta Swan Leavitt odkryła, że cefeida zmienia się z okresem, który jest związany z jej jasnością absolutną. Skalibrowała ona ten efekt, a gdy Hubble porównał obliczone wartości z obserwowanymi przez siebie jasnościami, był w stanie wyznaczyć ich odległości. Jednak nawet dzisiaj w ten sposób można badać tylko cefeidy w stosunkowo bliskich galaktykach. Aby rozszerzyć skalę odległości do wcześniejszych okresów w historii kosmosu, astronomowie wykorzystali supernowe, które można obserwować w znacznie większych odległościach. Porównując obserwowaną jasność supernowej z jej jasnością absolutną, opartą na jej klasyfikacji, astronomowie są w stanie określić jej odległość; porównując to z prędkością galaktyki-gospodarza (jej przesunięciem ku czerwieni, mierzonym spektroskopowo) uzyskuje się „relację Hubble’a” odnoszącą prędkość galaktyki do jej odległości. Najbardziej wiarygodne do tego celu, ze względu na ich kosmiczną jednorodność, są tak zwane supernowe typu Ia, które uważa się za „świece standardowe” – wszystkie mają taką samą jasność absolutną. Jednak nawet supernowe stają się trudniejsze do badania w ten sposób, gdy znajdują się dalej; do tej pory najodleglejsza supernowa typu Ia z wiarygodnym określeniem prędkości pochodzi z okresu około 3 mld lat po Wielkim Wybuchu.

Kwazar 3C 273 z dżetem, widziany przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra. Źródło: Chandra X-ray Observatory

Astronomowie CfA Susanna Bisogni, Francesca Civano, Martin Elvis i Pepi Fabbiano oraz ich współpracownicy proponują wykorzystanie kwazarów jako nowej świecy standardowej. Najodleglejsze znane kwazary zostały dostrzeżone w okresie zaledwie około siedmiuset mln lat po Wielkim Wybuchu, co dramatycznie rozszerza zakres przesunięć ku czerwieni świec standardowych. Kolejną zaletą kwazarów jest to, że w ciągu ostatnich kilku lat odkryto ich setki tysięcy. Co więcej, procesy fizyczne zachodzące w kwazarach różnią się od tych w supernowych, dostarczając całkowicie niezależnych miar parametrów kosmologicznych.

Nowy schemat zaproponowany przez astronomów opiera się na ich odkryciu, że emisja promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego w kwazarach jest ściśle skorelowana. W sercu kwazara znajduje się supermasywna czarna dziura otoczona bardzo gorącym dyskiem z materii akrecyjnej, która emituje w ultrafiolecie. Dysk z kolei jest otoczony przez gorący gaz z elektronami poruszającymi się z prędkościami bliskimi prędkości światła, a kiedy fotony ultrafioletowe napotykają te elektrony, ich energia jest zwiększana do promieniowania rentgenowskiego. Zespół, bazując na swoich wcześniejszych metodach, przeanalizował pomiary rentgenowskie 2332 odległych kwazarów z nowego katalogu źródeł Chandra i porównał je z wynikami pomiarów w UV z przeglądu Sloan Digital Sky Survey. Odkryli oni, że znana już ścisła korelacja pomiędzy jasnością w UV i promieniowaniu X kwazarów utrzymuje się w odległych kwazarach przez ponad 85% wieku Wszechświata, stając się jeszcze ściślejsza we wcześniejszych okresach. Wynika z tego, że te dwie wielkości mogą wyznaczyć odległość każdego kwazara, a odległości te mogą być użyte do testowania modeli kosmologicznych. Jeżeli wyniki zostaną potwierdzone, dostarczą astronomom nowego narzędzia do pomiaru właściwości ewoluującego Wszechświata.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii