Kvasarer er noen av de lyseste gjenstandene i universet, og astronomer tror de er forårsaket av utstråling av stråling fra miljøet rundt et aktivt matende supermassivt svart hull. Astronomer brukte tyngdekraften fra en relativt nærliggende galakse som en gravitasjonslinse for å fokusere lyset fra den fjernere kvasaren, noe som ga denne imponerende utsikten.
For første gang, ved å bruke en ny teknikk, har astronomer sett seg inn i en kvasar og målt den såkalte akkresjonsskiven rundt det sorte hullet. Studien gir ytterligere bekreftelse på det forskerne lenge har mistenkt - at de supermassive sorte hullene i kvasarer er omgitt av superoppvarmede plater av materiale som spiraler inn i dem.
Resultatene fra prosjektet, som involverte forskere fra Penn State University og Ohio State University, og observasjoner med NASAs Chandra X-ray Observatory er begynt rapportert i dag (5. oktober 2006) på møtet med American Astronomical Society (AAS) High Energy Astrophysics Divisjon i San Francisco.
Forskerteamet, ledet av Christopher Kochanek ved Ohio State, inkluderer Xinyu Dai og Nicholas Morgan ved Ohio State og George Chartas og Gordon Garmire i Penn State. Teamet studerte de indre strukturene til de to kvasarene, hvis lys først ble synlig når en galakse tilfeldigvis stilte opp rett mellom dem og jorden, og forstørret lyset som en linse. Astronomene liknet denne effekten, kjent som "gravitasjonslinsing" eller "mikrolensing", til å kunne se på kvasarene under et mikroskop.
"Det er mange modeller som prøver å beskrive hva som skjer i en kvasar, og før kunne ingen av dem utelukkes. Nå kan noen av dem, ”sa Xinyu Dai, en postdoktor i Ohio State som nylig fikk sin doktorgrad ved Penn State. "Vi kan begynne å lage mer presise modeller av kvasarer, og få et mer fullstendig syn på sorte hull."
Garmire, fra Penn State, er den viktigste etterforskeren av røntgenkameraet på NASAs Chandra-observatorium, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), som astronomene brukte til å observere gravitasjonslinsen til de to kvasarene. Dette røntgenkameraet ble unnfanget og utviklet for NASA av Penn State og Massachusetts Institute of Technology under ledelse av Garmire, som er Evan Pugh-professor i astronomi og astrofysikk ved Penn State. Så godt som alle viktige Chandra-funn har vært basert på observasjoner med ACIS-kameraet.
Sett fra jorden ser kvasarer eller kvasi-stjerners gjenstander ut som stjerner. De er ekstremt lyse, og det er derfor vi kan se dem selv om de er blant de fjerneste objektene i universet. Astronomer undret seg over kvasarer i flere tiår før de bestemte seg for at de mest sannsynlig inneholder supermassive sorte hull som dannet for milliarder av år siden. Materialet som faller ned i et svart hull lyser sterkt, og når det gjelder kvasarer, lyser det over et bredt spekter av energier, inkludert synlig lys, radiobølger og røntgenstråler.
"Røntgenstråler fra akkresjonsskivene til sorte hull sonden utslippsområder nærmere det sorte hullet enn de i det optiske båndet," forklarer Chartas, en senior forskningsmedarbeider i Penn State, som analyserte røntgendata hentet fra overvåking av flere av gjenstandene i denne mikrolenseringsstudien. "Ved å sammenligne røntgenlyskurver fra en mikrolenseringshendelse med de i flere optiske bånd, konkluderte vi med de relative størrelsene på utslippsregionene. Denne sammenligningen gjorde det mulig for oss å begrense strukturen på et svart hulls akkresjonsskive med forskjellige bølgelengder. "
Kvasarer er så langt borte at de, selv i de mest avanserte teleskopene, normalt ser ut som et lite lyspunkt. Men Einstein spådde at massive gjenstander i verdensrommet noen ganger kan fungere som linser, bøye og forstørre lys fra gjenstander som er bak dem, sett av en observatør. Effekten kalles gravitasjonslinsing, og den gjør det mulig for astronomer å studere noen objekter i ellers uoppnåelige detaljer. "Heldigvis for oss fungerer noen ganger stjerner og galakser som veldig høyoppløselige teleskoper," sa Kochanek. "Nå ser vi ikke bare på en kvasar, vi tester selve innsiden av en kvasar og kommer oss ned til det sorte hullet."
Forskerne klarte å måle størrelsen på den såkalte akkresjonsskiven rundt det sorte hullet inne i hver kvasar. I hver omringet disken et mindre område som ga ut røntgenstråler, som om skivematerialet ble varmet opp når det falt ned i det sorte hullet i midten. Det var det de forventet å se, gitt nåværende forestillinger om kvasarer. Men innvendig utsikt vil hjelpe dem å begynne å avgrense forestillingene, sa Dai.
Nøkkelen til prosjektet var NASAs Chandra X-Ray Observatory, som gjorde at astronomene nøyaktig kunne måle lysstyrken i det røntgenstråleutsendende området i hver kvasar. De koblet målingene til målinger fra optiske teleskoper som tilhører Small and Moderate Aperture Research Telescope System Consortium og Optical Gravitational Lensing Experiment. Astronomene studerte variabiliteten til både røntgenstrålene og synlig lys fra kvasarene og sammenlignet disse målingene for å beregne størrelsen på akkresjonsskiven i hver. De brukte et dataprogram som Kochanek laget spesielt for slike beregninger, og kjørte det på en dataplus med 48 prosessorer. Det tok omtrent en uke å beregne beregningene for hvert kvasar.
De to kvasarene de studerte heter RXJ1131-1231 og Q2237 + 0305, og det er ikke noe spesielt med dem, sa Kochanek, bortsett fra at de begge hadde linser på tyngdekraften. Han og gruppen studerer for tiden 20 slike linsekvasarer, og de vil til slutt samle røntgendata om dem alle.
Dette prosjektet er del av et pågående samarbeid mellom Ohio State og Penn State. Forskningen er finansiert av NASA. Dataklyngen ble levert av Cluster Ohio, et initiativ fra Ohio Supercomputer Center (OSC), Ohio Board of Regents og OSC Statewide Users Group. NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, administrerer Chandra-programmet for byråets Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerer vitenskap og flyoperasjoner fra Chandra X-ray Center i Cambridge, Massachusetts.
Originalkilde: PSU News Release
