Kvasarer er nogle af de lyseste objekter i universet, og astronomer mener, at de er forårsaget af udstrømning af stråling fra miljøet omkring et aktivt fodrende supermassivt sort hul. Astronomer brugte tyngdekraften fra en relativt nærliggende galakse som en gravitationslinse til at fokusere lyset fra den fjernere kvasar, hvilket gav denne imponerende udsigt.
For første gang ved hjælp af en ny teknik har astronomer kigget inde i en kvasar og målt den såkaldte akkretionsskive omkring det sorte hul. Undersøgelsen giver yderligere bekræftelse af, hvad forskere længe har mistanke om - at de supermassive sorte huller i kvasarer er omgivet af superopvarmede skiver af materiale, der spiraler ind i dem.
Resultaterne af projektet, der involverede forskere fra Penn State University og Ohio State University, og observationer med NASAs Chandra røntgenobservatorium begynder rapporteret i dag (5. oktober 2006) på mødet med American Astronomical Society (AAS) High Energy Astrophysics Division i San Francisco.
Forskerteamet, ledet af Christopher Kochanek i Ohio State, inkluderer Xinyu Dai og Nicholas Morgan i Ohio State og George Chartas og Gordon Garmire i Penn State. Holdet studerede de indvendige strukturer i de to kvasarer, hvis lys først blev synligt, når en galakse tilfældigvis stod op lige mellem dem og Jorden, og forstørrede deres lys som en linse. Astronomerne sammenlignede denne effekt, kendt som "gravitationslinsering" eller "mikrolensering", til at være i stand til at se på kvaserne under et mikroskop.
”Der er mange modeller, der prøver at beskrive, hvad der sker inden i en kvasar, og før kunne ingen af dem udelukkes. Nu kan nogle af dem, ”sagde Xinyu Dai, en postdoktorisk forsker i Ohio State, der for nylig har fået sin doktorgrad i Penn State. ”Vi kan begynde at lave mere præcise modeller af kvasarer og få et mere komplet overblik over sorte huller.”
Garmire, fra Penn State, er den vigtigste efterforsker af røntgenkameraet på NASAs Chandra-observatorium, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), som astronomerne brugte til at observere gravitationslinseringen af de to kvasarer. Dette røntgenkamera blev undfanget og udviklet til NASA af Penn State og Massachusetts Institute of Technology under ledelse af Garmire, der er Evan Pugh-professor i astronomi og astrofysik ved Penn State. Næsten hver vigtig Chandra-opdagelse er baseret på observationer med ACIS-kameraet.
Set fra Jorden ligner kvasarer eller kvasi-stjernede genstande ligesom stjerner. De er ekstremt lyse, hvorfor vi kan se dem, selvom de er blandt de fjerneste objekter i universet. Astronomer undrede sig over kvasarer i årtier, før de besluttede, at de sandsynligvis indeholder supermassive sorte huller, der dannede for milliarder af år siden. Materialet, der falder ned i et sort hul, lyser lyst, og når det gælder kvasarer, skinner det over en lang række energier, herunder synligt lys, radiobølger og røntgenstråler.
"Røntgenstråler fra akkretionsskiverne i sorte huller undersøger emissioner regioner tættere på det sorte hul end dem i det optiske bånd," forklarer Chartas, en senior forskningsmedarbejder i Penn State, som analyserede røntgendata opnået ved overvågning af flere af objekterne i denne mikrolenseringsundersøgelse. ”Ved at sammenligne røntgenlysbjælker fra en mikrolenseringsbegivenhed med dem i adskillige optiske bånd, udledte vi de relative størrelser af emissionsregionerne. Denne sammenligning gjorde det muligt for os at begrænse strukturen af et sorte huls tiltrædelsesdisk ved forskellige bølgelængder. ”
Kvasarer er så langt væk, at de, selv i de mest avancerede teleskoper, normalt ligner et lille lyspunkt. Men Einstein forudsagde, at massive objekter i rummet undertiden kan fungere som linser, bøje og forstørre lys fra objekter, der er bag dem, som det ses af en observatør. Effekten kaldes gravitationslinsering, og den gør det muligt for astronomer at studere nogle objekter i ellers uopnåelige detaljer. ”Heldigvis fungerer stjerner og galakser undertiden som meget høje opløsnings-teleskoper for os,” sagde Kochanek. ”Nu ser vi ikke bare på en kvasar, vi undersøger indersiden af en kvasar og kommer ned til det sorte hul.”
Forskerne var i stand til at måle størrelsen på den såkaldte beskyttelsesdisk omkring det sorte hul inde i hver kvasar. I hver omringede disken et mindre område, der udsendte røntgenstråler, som om diskmaterialet blev opvarmet, da det faldt ned i det sorte hul i midten. Det var hvad de forventede at se, i betragtning af aktuelle forestillinger om kvasarer. Men indvendig udsigt vil hjælpe dem med at begynde at forfine disse forestillinger, sagde Dai.
Nøglen til projektet var NASAs Chandra X-Ray Observatory, der gjorde det muligt for astronomerne præcist at måle lysstyrken i den røntgenstråle-udsendende region i hver kvasar. De koblede disse målinger til målinger fra optiske teleskoper, der hører til Small and Moderate Aperture Research Telescope System Consortium og Optical Gravitational Lensing Experiment. Astronomerne studerede variationen i både røntgenstråler og synligt lys fra kvasarerne og sammenlignede disse målinger for at beregne størrelsen på akkretionsskiven i hver. De brugte et computerprogram, som Kochanek oprettede specielt til sådanne beregninger og kørte det på en 48-processor computerklynge. Beregningerne for hver kvasar tog ca. en uge at gennemføre.
De to kvasarer, de studerede, hedder RXJ1131-1231 og Q2237 + 0305, og der er ikke noget særligt ved dem, sagde Kochanek, bortset fra at de begge var linseret på tyngdekraften. Han og hans gruppe studerer i øjeblikket 20 sådanne linsede kvasarer, og de vil gerne til sidst samle røntgendata om dem alle.
Dette projekt er del af et igangværende samarbejde mellem Ohio State og Penn State. Forskningen finansieres af NASA. Computerklyngen blev leveret af 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 agenturets Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerer videnskab og flyveoperationer fra Chandra X-ray Center i Cambridge, Massachusetts.
Original kilde: PSU News Release
