Определение расстояния галактик от нашей Солнечной системы - дело сложное. В прошлом этот процесс основывался на поиске звезд в других галактиках, чей абсолютный световой поток был измерим. Измеряя яркость этих звезд, ученые смогли исследовать некоторые галактики, которые находятся на расстоянии 300 миллионов световых лет от нас.
Однако новый и более точный метод был разработан благодаря команде ученых во главе с доктором Себастьяном Хенигом из Университета Саутгемптона. Подобно тому, что геодезисты используют здесь на Земле, они измеряли физическое и угловое (или очевидный) размер стандартной линейки в галактике для калибровки измерений расстояний.
Хениг и его команда использовали этот метод в обсерватории WM Keck, близ вершины Мауна-Кеа на Гавайях, чтобы впервые точно определить расстояние до галактики NGC 4151 - иначе известное астрономам как «Око Саурона». Галактика NGC 4151, которую астрономы называют «Глазом Саурона» за сходство с изображением Саурона в трилогии «Властелин колец», важна для точного измерения масс черной дыры.
Недавно сообщенные расстояния варьируются от 4 до 29 мегапарсек, но с помощью этого нового метода исследователи рассчитали расстояние в 19 мегапарсек до сверхмассивной черной дыры.
Действительно, как и в знаменитой саге, кольцо играет важную роль в этом новом измерении. Ученые заметили, что все большие галактики во вселенной имеют сверхмассивную черную дыру в их центре. И примерно в десятой части всех галактик эти сверхмассивные черные дыры продолжают расти, поглощая огромное количество газа и пыли из окружающей их среды.
В этом процессе материал нагревается и становится очень ярким, превращаясь в самые энергичные источники излучения во вселенной, известные как активные галактические ядра (AGN).
Горячая пыль образует кольцо вокруг сверхмассивной черной дыры и испускает инфракрасное излучение, которое исследователи использовали в качестве правителя. Однако видимый размер этого кольца настолько мал, что наблюдения проводились с использованием инфракрасной интерферометрии для объединения двух 10-метровых телескопов обсерватории В. Кека для достижения разрешающей способности 85-метрового телескопа.
Чтобы измерить физический размер пылевого кольца, исследователи измерили временную задержку между излучением света из очень близкой к черной дыре и инфракрасным излучением. Эта задержка - это расстояние, которое должен пройти свет (со скоростью света) от черной дыры до горячей пыли.
Сочетая этот физический размер пылевого кольца с видимым размером, измеренным данными интерферометра Кека, исследователи смогли определить расстояние до галактики NGC 4151.
Как сказал д-р Хениг: «Одним из ключевых выводов является то, что расстояние, определенное этим новым способом, является довольно точным - с неопределенностью только около 10%. Фактически, если текущий результат для NGC 4151 сохраняется для других объектов, он может потенциально превзойти любые другие существующие методы для достижения той же точности, чтобы определять расстояния для удаленных галактик непосредственно на основе простых геометрических принципов. Более того, он может быть легко использован в гораздо большем количестве источников, чем нынешний наиболее точный метод ».
«Такие расстояния являются ключевыми для определения космологических параметров, которые характеризуют нашу вселенную, или для точного измерения масс черной дыры», - добавил он. «Действительно, NGC 4151 является важным якорем для калибровки различных методов оценки масс черной дыры. Наше новое расстояние подразумевает, что эти массы, возможно, систематически недооценивались на 40 процентов ».
Доктор Хениг, вместе с коллегами в Дании и Японии, в настоящее время создает новую программу, чтобы расширить их работу на многие другие AGN. Цель состоит в том, чтобы установить точные расстояния до дюжины галактик этим новым способом и использовать их для ограничения космологических параметров с точностью до нескольких процентов. В сочетании с другими измерениями это обеспечит лучшее понимание истории расширения нашей вселенной.
Исследование было опубликовано в среду, 26 ноября, в онлайн-издании журнала. Природа.
