Gaasi pöörlemine kvaasari südames

Astronoomid on imatud gaasi, kuna see tiirleb umbes 2 miljardi valgusaasta kaugusel supermassiivsest mustast august.

Sellel Hubble'i pildil on iidne ja särav kvaasar 3C 273, mis asub Neitsi tähtkujus hiiglaslikus elliptilises galaktikas. See oli esimene kvaasar, mida kunagi tuvastati. Vasakul paiknev hägune vööt on keskmise musta augu poolt välja lastud joa ja ulatub umbes 200 000 valgusaastani.
ESA / Hubble ja NASA

Viimastel kuudel on Tšiilis väga suure teleskoobi interferomeetril Gravitatsiooniinstrumendiga töötavad astronoomid avaldanud rea muljetavaldavaid mõõtmisi. Need tulemused sisaldavad esialgseid andmeid, mis näitavad kauaoodatud gravitatsioonilist mõju tähevalgusele, kui see läbis Linnutee keskset musta auku. Kuid tulemus, millest tahan siin rääkida, hõlmab palju suuremat, kaugemat musta auku, 300-miljonist päikeseenergiat sisaldavast leviataanist, mis annab võimsaima eredaima kvaasari 3C 273.

(Panin lähedal jutumärgid, kuna see neitsi tähtkujus asuv aktiivne galaktika asub nii kaugel, et selle valgust on meie poole jõudmiseks kulunud umbes 2 miljardit aastat.)

Kvaarid näevad sisuliselt välja nagu taevas säravad punktid. Need on galaktika tuumad, mis põlevad kuuma gaasi tõttu eredalt ja nende supermassiivsed mustad augud hakkavad hiiglaslike plasmajoadena maha kiskuma ja põlema. Kuid tänu Gravity Collaborationi leidlikule lähenemisviisile on 3C 273 nööpnõel nüüd ümber musta augu liikuva gaasi kaardiks, uurides piirkonda, mida seni oleme suutnud vaid kaudselt proovida spektrite ja valguse virvendustega.

Kasutades täielikult ära seda vabadust, mille mulle pühendatud mustade aukude ajaveeb annab (wahahaha), tahaksin teid põhjalikult uurida Gravity Collaborationi tähelepanekutes 3C 273 musta augu ümber oleva gaasi kohta, et selgitada selle ainulaadset lähenemisviisi. tööga seotud.

Piltide nihutamine

Nagu teistel kvaasaritel, on ka 3C 273-l musta augu läheduses suumimas kuuma piirkonna piirkond, mida nimetatakse lairibapiirkonnaks . Nimi tuleneb gaasi spektrijoonte kujust, mis on välja määritud. Tavaolukorras on spektraaljoon kitsas asi - ühe lainepikkusega. Kuid kui gaas liigub, nihkub spektraaljoon: pikema, punasema lainepikkusega, kui gaas meist eemaldub, ja sinisemini, lühema lainepikkuse korral, kui liikumine on meie poole. See Doppleri efekt on samal põhjusel, et kiirabi sireen kaskaadib läbi helispektri, kui see teist mööda sõidab.

Kui saaksite kiirabi möödudes ühendada kõik kuuldud noodid, kuuleksite laias mitmete nootidega heli, mille keskne noot oleks sireeni tegelik või “puhke” sagedus. Sama asi juhtub liikuva gaasi korral, luues laiendatud spektraaljoone.

Plekitamise määr näitab, kui kiiresti gaas liigub. Musta augu lähedal tiirlev gaas võib liikuda metsalise kohal kiiremini kui kaugemal asuv gaas, täpselt nagu Päikesesüsteemi siseplaneed tiirleb Päikesel kiirema klambri kohal kui välised. Läigete põhjal järeldavad astronoomid, et BLR on musta augu jaoks lähim piirkond, mida me suudame tuvastada.

Vaatlejad kasutavad diagnoosina BLR-i, näidates selliseid asju nagu musta augu mass. Kuid isegi kui BLR on kvaasiuuringutes keskne, ei tea astronoomid tegelikult seda, milline see välja näeb. Kas see on ketta sisemine osa ümber musta augu? Kas see on vinguvate pilvede halo?

Varasemad uuringud on selle küsimusega tegelenud, tuletades gaasi liikumist ja suurust spektraalmustritest või valguse kajade liikumisajast kogu piirkonnas. Aruandes 29. novembri Looduses on Gravity Collaboration nüüd BLR-i uurimiseks kasutanud hoopis teistsugust lähenemist, kasutades uduseid pilte gaasist endast.

Vaade Tšiili Paranali observatooriumi neljast 8, 2-meetrisest VLT-üksuse teleskoobist.
ESO

Meeskond sidus VLT neli ulatust kuuel viisil. Iga teleskoopide paari eraldab ainulaadne vahemaa ja nende ühendatud andmed loovad sama eraldusvõimega pildi, mille saadaks teleskoobi abil nii lai kui ulatuse eraldusvõime. Lähemal asuvad teleskoobid näevad suurt laia harjaga pilti, teleskoobid aga peenema detaili kaugusel kodust kaugemal.

Kuid atmosfääri turbulents muudab pildi väheks. Iga teleskoobipaar näeb pildi keskpunkti pisut erinevat nihet, selgitas Gravity meeskonna liige Jason Dexter (Max Plancki Maavälise Füüsika Instituut, Saksamaa). Keskuse asukoht muutub ka sõltuvalt sellest, millist lainepikkust astronoomid jälgivad.

Selle asemel, et võtta neid nihkeid segaduseks, millest tuleb üle saada, on teadlased kasutanud keerukust nende kasuks. Peamine on see, et BLR-gaasi korral vastab iga lainepikkus punasele või sinise nihkele, mille põhjustab gaasi kiirus. Mõõtes seda, kuidas pilt erineva lainepikkuse reas nihkub, nägid astronoomid, kus pildil on kraami, mis liigub sellele Doppleri nihkele vastava kiiruse ja suunaga. Ehkki raskusjõud näeb ainult udust pilti, saab meeskond rekonstrueerida, kuidas hägustunud gaas liigub musta augu ümber, jälgides, kuidas selle hägususe kese muudab lainepikkusest lainepikkuseks.

Tõendid rotatsiooni kohta

See diagramm näitab kvasari 3C 273 lairibapiirkonna (BLR) põhimõttelist geomeetriat. Üksikud pilved jaotuvad paksuks ringiks (roheliselt varjutatud ala) ja pöörlevad ümber keskse musta augu. Maa astronoomid näevad seda süsteemi väikese nurga all (i).
© GRAVITY koostöö

See graafik näitab, et BLR-i hõõgniidi üks külg liigub meie poole, teine ​​eemale, just nagu võiksite oodata, kui gaas pöörleb. Muster sobib sellega, mida võite näha, kui gaas elab ülespuhutud kettaga ja pilved tiirlevad meie vaatevälja kalle vahemikus. Veelgi enam, gaas pöörleb ümber musta augu võimsa joa tõmmatud telje, mis peaks täpselt juhtuma, kui gaas pöörleb ümber musta augu.

Seda ei ole keegi varem suutnud BLR-i spektrites selgelt ette näidata. See on olnud selle gaasi üks suurtest saladustest, ütles Dexter: Enne võisid astronoomid näha ainult "funktsioonideta tükki" - suurt rasvaemissioonijoont, millel ei olnud gaasi liikumisel selget mustrit. Gravitatsiooni andmed kinnitavad, et gaas pöörleb tõepoolest.

Nüüd, kui nad saavad struktuuri näha (kui ainult ebamääraselt), saavad teadlased hinnata, kui suur on BLR. Suurus, umbes 145 valguspäeva, jääb eelmiste hinnangute vahemikku, kuid väikese külje pealt.

Üksikasjad kõrvale jättes siit ka kaasavõtmise: Me jälgime tegelikult maagaasist enam kui miljard valgusaasta kaugusel asuvat hiiglaslikku musta auku gaaside orbiidil.

Miks see feat on oluline? BLR võimaldab astronoomidel uurida, mis juhtub supermassiivsete mustade aukude läheduses. Mida paremini mõistame gaasi liikumist ja piirkonna suurust, millest see läbi liigub, seda paremini mõistame, kuidas need mustad augud toituvad ja kuidas nad kvaasreid võidavad.

Viide: gravitatsioonikoostöö. “Kvasari lairibapiirkonna ruumiliselt lahendatud pöörlemine alamsersskaalas.” Loodus . 29. november 2018.