„Oko Saurona” pomoże mierzyć duże odległości we Wszechświecie

Mierzenie dużych odległości we Wszechświecie jest niezwykle trudne. Istnieją różne metody, mniej lub bardziej dokładne, jednak badacze Kosmosu starają się nieustannie doskonalić narzędzia swojej pracy. Niedawno naukowcy z Instytutu Nielsa Bohra opublikowali wyniki swoich badań. Twierdzą w nich, że odległość we Wszechświecie może być mierzona bardzo precyzyjnie przy użyciu  supermasywnych czarnych dziur.

An Active Black Hole in the "Eye of Sauron"

Rys.1 Galaktyka NGC 4151

43 mln lat świetlnych od Ziemi znajduje się galaktyka z ogromną czarną dziurą w samym centrum. Ze względu na podobieństwo do postaci głównego antagonisty przedstawionego na kartach powieści J. R. R. Tolkiena, nazwano ją „Okiem Saurona”. Czarna dziura wewnątrz galaktyki NGC 4151 jest cały czas aktywna, co oznacza że pochłania chmury gazów ze swojego otoczenia. Dzięki temu zjawisku staje się możliwe dużo dokładniejsze mierzenie odległości.

Jak mówi Darach Watson, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Kopenhaskim, gaz wpadając do czarnej dziury zostaje podgrzany, jednocześnie emitując promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie to ogrzewa zaś pyły otaczające czarną dziurę. W wyniku tego powstaje promieniowanie podczerwone. Biorąc pod uwagę różnicę w czasie między emisją tych dwóch rodzajów promieniowania, czyli ok. 30 dni i prędkość światła można ocenić fizyczną odległość między czarną dziurą i otaczającymi ją pyłami.  Przy użyciu dwóch 10-metrowych teleskopów Kecka, znajdujących się w obserwatorium Mauna Kea na Hawajach i techniki zwanej interferometrią, uzyskuje się bardzo wysoką rozdzielczość i można dokonać pomiaru kątów, jakie tworzą okręgi pyłu na niebie. Następnie odległość od Ziemi może być zmierzona przy użyciu prostej geometrii.

„Zmierzyliśmy, że odległość ta wynosi 62 mln lat świetlnych. Poprzednie obliczenia oparte na przesunięciu ku czerwieni (z ang. redshift, czyli zmiana długości fal świetlnych z powodu dużej prędkości obiektu oddalonego od nas) wynosiły od 13 mln do 95 mln lat świetlnych, a więc wyszliśmy od liczb oszacowanych z dużą dozą wątpliwości. Teraz jesteśmy w stanie określić odległość bardzo dokładnie,” mówi Darach Watson.

„Najważniejsza w mierzeniu odległości jest duża precyzja – czyli to jak dokładna jest używana metoda. Wiedzieliśmy, że jeśli uda nam się obniżyć stopień niedokładności do 10%, będzie to dużym osiągnięciem. Nie wiedzieliśmy jednak do końca czy jest to możliwe. Dokładność pomiarów, zarówno wielkości kątowych przy użyciu interferometrii, jak i rozmiaru fizycznego w oparciu o opóźnienie w czasie wynosi tylko około 30%. Zazwyczaj, kiedy połączy się te dwie liczby, współczynnik dokładności jest gorszy. Oczekiwaliśmy ogólnej dokładności na poziomie około 40%. Jednak wydarzyło się coś całkiem innego. Okazało się, że największa niepewność w przypadku obydwu pomiarów dotyczyła rozmieszczenia jasności w pierścieniu pyłu. Wynosiła ona dokładnie tyle samo w obydwu przypadkach. Kiedy zmierzyliśmy współczynnik, niepewność zwyczajnie zniknęła. W fizyce bardzo rzadko zdarza się coś magicznego – to taki prezent. Wszystko nagle układa się w logiczną całość. Coś takiego właśnie przydarzyło się nam,” dodał Darach Watson.

Uzyskanie dokładnej odległości do czarnej dziury rozwiązuje jeden z głównych problemów przeszkadzających w zmierzeniu jej masy. Dzięki zastosowaniu nowej metody i określeniu dokładnych odległości, obliczenia masy tych ciał będą wyjątkowo precyzyjne. Ponadto nowy sposób pomiarowy pomoże w określeniu współczynnika prędkości, z którą rozszerza się Wszechświat (stała Hubble’a). To zaś ostatecznie zdefiniuje wiek Wszechświata.

  1. Martin Elvis, Astronomy: Cosmic triangles and black-hole masses, Nature 515, 498–499 (27 November 2014), doi:10.1038/515498a, published online, 26 November 2014.
  2. http://www.technology.org/2014/11/27/eye-sauron-using-supermassive-black-holes-measure-cosmic-distances/
  3. http://earthsky.org/space/using-supermassive-black-holes-to-measure-cosmic-distances
  4. http://www.keckobservatory.org/recent/entry/eye_of_sauron_provides_new_way_of_measuring_distances_to_galaxies

Opracowała: Joanna Grzelak

Korekta: Karol Madejczyk

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*