Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной, и астрономы полагают, что они вызваны выбросом радиации из окружающей среды вокруг активно питающейся сверхмассивной черной дыры. Астрономы использовали гравитацию из относительно близкой галактики в качестве гравитационной линзы, чтобы сфокусировать свет от более отдаленного квазара, создавая этот впечатляющий вид.
Впервые, используя новую технику, астрономы заглянули внутрь квазара и измерили так называемый аккреционный диск вокруг черной дыры. Это исследование дает еще одно подтверждение тому, что ученые давно подозревали, - что сверхмассивные черные дыры квазаров окружены перегретыми дисками материала, который в них спирализует.
Результаты проекта, в котором приняли участие ученые из Университета штата Пенсильвания и Университета штата Огайо, а также наблюдения с помощью рентгеновской обсерватории Чандра НАСА стали известны сегодня (5 октября 2006 г.) на заседании Американской астрономической ассоциации астрофизики высоких энергий (AAS). Отдел в Сан-Франциско.
Исследовательская группа, возглавляемая Кристофером Кочанеком в штате Огайо, включает Синью Дая и Николаса Моргана в штате Огайо, а также Джорджа Чартаса и Гордона Гармира в штате Пенн. Команда изучила внутренние структуры двух квазаров, свет которых стал видимым только тогда, когда галактика оказалась между ними и Землей, увеличивая их свет как линзу. Астрономы сравнили этот эффект, известный как «гравитационное линзирование» или «микролинзирование», со способностью смотреть на квазары под микроскопом.
«Есть много моделей, которые пытаются описать, что происходит внутри квазара, и до этого ни одна из них не могла быть исключена. Теперь некоторые из них могут », - сказал Синью Дай, научный сотрудник в штате Огайо, недавно получивший докторскую степень в штате Пенсильвания. «Мы можем начать создавать более точные модели квазаров и получить более полное представление о черных дырах».
Гармир из штата Пенн является главным исследователем рентгеновской камеры в обсерватории Чандра НАСА, усовершенствованного ПЗС-спектрометра (ACIS), который астрономы использовали для наблюдения гравитационного линзирования двух квазаров. Эта рентгеновская камера была задумана и разработана для НАСА штатом Пенн и Массачусетским технологическим институтом под руководством Гармира, профессора астрономии и астрофизики им. Эвана Пью в штате Пенн. Практически каждое важное открытие Чандры было основано на наблюдениях с камеры ACIS.
При взгляде с Земли квазары или квазизвездные объекты выглядят как звезды. Они очень яркие, поэтому мы можем их видеть, хотя они являются одними из самых отдаленных объектов во вселенной. Астрономы ломали голову над квазарами в течение десятилетий, прежде чем решили, что они, скорее всего, содержат сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся миллиарды лет назад. Материал, падающий в черную дыру, ярко светится и, в случае квазаров, он излучает широкий диапазон энергий, включая видимый свет, радиоволны и рентгеновские лучи.
«Рентгеновские лучи от аккреционных дисков черных дыр зондируют излучающие области ближе к черной дыре, чем в оптической полосе», - объясняет Чартас, старший научный сотрудник в штате Пенсильвания, который анализировал рентгеновские данные, полученные при мониторинге нескольких из объекты в этом исследовании микролинзирования. «Сравнивая кривые рентгеновского излучения микролинзирования с лучами в нескольких оптических диапазонах, мы определили относительные размеры областей излучения. Это сравнение позволило нам ограничить структуру аккреционного диска черной дыры на разных длинах волн ».
Квазары настолько далеки, что даже в самых современных телескопах они обычно выглядят как крошечный луч света. Но Эйнштейн предсказал, что массивные объекты в космосе могут иногда действовать как линзы, изгибая и увеличивая свет от объектов, которые находятся позади них, как видно наблюдателю. Эффект называется гравитационным линзированием, и он позволяет астрономам изучать некоторые объекты в других недостижимых деталях. «К счастью для нас, иногда звезды и галактики действуют как телескопы с очень высоким разрешением», - сказал Кочанек. «Теперь мы не просто смотрим на квазар, мы прощупываем внутреннюю часть квазара и спускаемся туда, где находится черная дыра».
Ученые смогли измерить размер так называемого аккреционного диска вокруг черной дыры внутри каждого квазара. В каждом из них диск окружал меньшую область, которая испускала рентгеновские лучи, как будто материал диска нагревался, когда он падал в черную дыру в центре. Вот что они ожидали увидеть, учитывая современные представления о квазарах. Но внутренний взгляд поможет им начать совершенствовать эти понятия, сказал Дай.
Ключом к проекту стала рентгеновская обсерватория Чандра НАСА, которая позволила астрономам точно измерить яркость рентгеновской области каждого квазара. Они соединили эти измерения с данными оптических телескопов, которые принадлежат Консорциуму по системам исследований малой и средней апертуры и эксперименту по оптическому гравитационному лицензированию. Астрономы изучили изменчивость как рентгеновского излучения, так и видимого света, исходящего от квазаров, и сравнили эти измерения, чтобы рассчитать размер аккреционного диска в каждом из них. Они использовали компьютерную программу, созданную Кочанеком специально для таких расчетов, и запустили ее на компьютерном кластере с 48 процессорами. Расчеты для каждого квазара заняли около недели.
Два квазара, которые они изучили, называются RXJ1131-1231 и Q2237 + 0305, и в них нет ничего особенного, сказал Кочанек, за исключением того, что они оба были гравитационно-линзовыми. В настоящее время он и его группа изучают 20 таких линзовых квазаров, и они хотели бы в конечном итоге собрать рентгеновские данные по всем из них.
Этот проект является частью постоянного сотрудничества между штатами Огайо и Пенн. Исследование финансируется НАСА. Компьютерный кластер был предоставлен Кластером Огайо по инициативе Центра суперкомпьютеров Огайо (OSC), Совета регентов Огайо и Общегосударственной группы пользователей OSC. Центр космических полетов имени Маршалла при НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, управляет программой «Чандра» для Управления научной миссии агентства. Смитсоновская астрофизическая обсерватория в Кембридже, штат Массачусетс, контролирует научные и полетные операции из рентгеновского центра Чандра в Кембридже, штат Массачусетс.
Первоисточник: Выпуск новостей ПГУ
