„Oko Saurona” – nowa metoda pomiaru odległości do galaktyk

Galaktyka NGC 4151 zwana "Okiem Saurona" ze względu na podobieństwo do postaci z filmu „Lord of the Rings”. Widoczna jest tutaj supermasywna czarna dziura, wciąż bardzo aktywna i zasysająca gaz i pył ze swojego otoczenia. Proces ten prowadzi do silnej emisji promieniowania UV, które podgrzewa obłok pyłowy w kształcie pierścienia, który okrąża czarną dziurę na ciasnej orbicie. To właśnie ten obłok jest źródłem promieniowania w podczerwieni. Źródło: NASA

Zespół naukowców kierowany przez Sebastiana Hoeniga z Uniwersytetu w Southampton w Anglii dokładnie zmierzył naszą odległość do najbliższej galaktyki NGC 4151, używając w tym celu interferometru z Obserwatorium WM Kecka. Astronomowie zastosowali nową technikę, która pozwala im mierzyć odległości do dalekich galaktyk bardziej precyzyjnie niż dotąd. Nowa technika jest podobna do tej stosowanej przez geodetów, którzy mierzą zarówno fizyczne jak i kątowe - lub "pozorne" rozmiary odległego obiektu, aby obliczyć jej rzeczywistą odległość od obserwatora.

Poprzednio szacowana odległość do NGC 4151, galaktyki, która zawiera masywną, czarną dziurę, wahała się od 4 do 29 megaparseków (13 do 94,5 milionów lat świetlnych). Przy użyciu nowego, bardziej dokładnego sposobu naukowcy wyznaczyli naszą odległość od jej czarnej dziury na 19 megaparseków (62 milionów lat świetlnych).

NGC 4151 jest przez astronomów nazywana "Okiem Saurona" ze względu na swe podobieństwo do oka swego imiennika z filmowej trylogii Władca Pierścieni. Tak jak i w słynnej sadze ów pierścień odgrywa kluczową rolę – tym razem w przeprowadzaniu nowego pomiaru odległości. Wiemy, że wszystkie duże galaktyki mają w swych centrach masywne czarne dziury, a u około 10 procent wszystkich galaktyk te czarne dziury urastają z czasem do ogromnych rozmiarów dzięki temu, że „żywią się” ogromnymi ilościami gazu i pyłu, jakie zasysają wprost z otaczającego je środowiska. W tym procesie połykana materia nagrzewa się silnie i staje się dzięki temu bardzo jasna - stając się ostatecznie najbardziej energetycznym źródłem promieniowania elektromagnetycznego we Wszechświecie. Wówczas taki obiekt określamy mianem AGN - aktywnym jąder galaktyki.

W „
Oku Saurona” taki gorący pył tworzy pierścień wokół czarnej dziury i emituje również promieniowanie podczerwone, które naukowcom może służyć jako pewien wyznacznik odległości. Jednak widoczny rozmiar pierścienia w „Oku Saurona” jest tak mały, że obserwacje te musiały być przeprowadzone przy użyciu interferometru Keck, czyli połączonych możliwości dwóch 10-metrowych teleskopów z Obserwatorium Kecka na Hawajach. To jedne z największych teleskopów optycznych na Ziemi – w takim duecie osiągają zdolność rozdzielczą odpowiadającą jednemu teleskopowi ze średnicą zwierciadła aż 85 metrów.

Aby wyznaczyć fizyczny rozmiar pierścienia pyłowego naukowcy zmierzyli opóźnienie pomiędzy emisją światła z okolic czarnej dziury i bardziej odległą emisją pyłu - w podczerwieni. Odległość od środka czarnej dziury do obłoku gorącego pyłu, czyli promień pierścienia, to po prostu to opóźnienie w otrzymaniu przez nas obu sygnałów, podzielone przez prędkość światła. Łącząc znajomość fizycznego rozmiaru pierścienia z wiedzą na temat jego pozornej wielkości zmierzonej przez teleskopy Kecka naukowcy byli już w stanie wyznaczyć naszą odległość do galaktyki NGC 4151.

Jednym z wniosków z tych badań jest to, że odległość może być tą metodą wyznaczona dość precyzyjne - z dokładnością do 90 procent. Ten prosty sposób, oparty na zwykłych regułach geometrycznych, umożliwia dziś zatem najbardziej precyzyjne pomiary odległości do innych galaktyk. Ponadto może on być też łatwo zaadoptowany do wielu innych obiektów. Wyznaczanie takich odległości jest kluczowe dla oszacowania pewnych parametrów kosmologicznych, które opisują nasz wszechświat. A sama NGC 4151 może być odtąd idealnym narzędziem do kalibracji różnych technik wyznaczania mas czarnych dziur. Znając bowiem jej nową, doprecyzowaną odległość wiemy już, że masy te mogły być wcześniej systematycznie niedoszacowywane o jakieś 40 procent.

Hoenig i jego współpracownicy z Danii i Japonii opracowują obecnie nowy program rozszerzenia swych metod na
przypadki innych AGN-ów. Ich celem będzie wyznaczenie dokładnych odległości do kilkunastu galaktyk, a następnie ich wykorzystanie do zawężenia wartości kilku znanych parametrów kosmologicznych. Może się to przyczynić m.in. do lepszego zrozumienia historii ekspansji Wszechświata.

Cały artykuł: Hönig, S., Watson, D., Kishimoto, M., Hjorth, J., A dust-parallax distance of 19 megaparsecs to the supermassive black hole in NGC 4151, Nature 2014

Liczba odsłon: 1665