science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Quasars als de nieuwe kosmische standaardkaarsen

De quasar 3C 273 met zijn jet, zoals gezien door het Chandra X-ray Observatory. Astronomen hebben ontdekt dat de röntgen- en ultraviolette helderheid van quasars zo nauw gecorreleerd zijn, zelfs voor quasars op grote kosmologische afstanden, dat quasars kunnen worden gebruikt als nieuwe "standaardkaarsen" om kosmische afstanden te helpen bepalen en andere fundamentele kosmologische parameters te onderzoeken. Krediet:Chandra X-ray Observatory

1929, Edwin Hubble publiceerde waarnemingen dat de afstanden en snelheden van sterrenstelsels gecorreleerd zijn, met de afstanden bepaald met behulp van hun Cepheïde-sterren. Harvard-astronoom Henrietta Swan Leavitt had ontdekt dat een Cepheïde-ster periodiek varieert met een periode die gerelateerd is aan zijn intrinsieke helderheid. Ze kalibreerde het effect, en toen Hubble die berekende waarden vergeleek met zijn waargenomen lichtsterkten, kon hij hun afstanden bepalen. Maar zelfs vandaag de dag kunnen alleen Cepheïde-sterren in relatief nabije sterrenstelsels op deze manier worden bestudeerd. Om de afstandsschaal terug te brengen tot vroeger in de kosmische geschiedenis, astronomen hebben gebruik gemaakt van supernova's (SN) - de explosieve sterfgevallen van massieve sterren - die op veel grotere afstanden kunnen worden waargenomen. Door de waargenomen helderheid van een SN te vergelijken met zijn intrinsieke helderheid, op basis van zijn classificatie, astronomen kunnen de afstand bepalen; vergeleken met de snelheid van het gaststelsel (de roodverschuiving, spectroscopisch gemeten) levert de "Hubble-relatie" op die de snelheid van de melkweg relateert aan zijn afstand. De meest betrouwbare supernova's voor dit doel, vanwege hun kosmische uniformiteit, zijn zogenaamde "Type Ia" supernova's, waarvan wordt gedacht dat het "standaardkaarsen zijn, " allemaal met dezelfde intrinsieke helderheid. Maar zelfs SN wordt op deze manier moeilijker te bestuderen omdat ze verder weg liggen; tot op heden dateert het meest verre Type Ia SN met een betrouwbare snelheidsbepaling uit een tijdperk ongeveer 3 miljard jaar na de oerknal.

CfA-astronomen Susanna Bisogni, Francesca Civano, Martin Elvis en Pepi Fabbiano en hun collega's stellen voor om quasars als nieuwe standaardkaars te gebruiken. De meest verre bekende quasars zijn gespot uit een tijdperk slechts ongeveer zevenhonderd miljoen jaar na de oerknal, drastisch uitbreiden van het bereik van standaard kaars roodverschuivingen. Een ander voordeel van quasars is dat er de afgelopen jaren honderdduizenden zijn ontdekt. niet in de laatste plaats, de fysieke processen in quasars zijn anders dan die in SN, het verstrekken van volledig onafhankelijke metingen van kosmologische parameters.

Het nieuwe schema dat door de astronomen is voorgesteld, is gebaseerd op hun ontdekking dat de emissie van röntgenstraling en ultraviolette straling in quasars nauw gecorreleerd is. In het hart van een quasar bevindt zich een superzwaar zwart gat, omgeven door een zeer hete schijf van aangroeiend materiaal dat in het ultraviolet uitzendt. De schijf is op zijn beurt omgeven door heet gas met elektronen die bewegen met snelheden die dicht bij die van licht liggen, en wanneer ultraviolette fotonen deze elektronen tegenkomen, wordt hun energie opgevoerd in de röntgenstralen. Het team, voortbouwend op hun eerdere methoden, analyseerde röntgenmetingen van 2332 verre quasars in de nieuwe Chandra Source Catalog en vergeleek ze met ultraviolette resultaten van de Sloan Digital Sky Survey. Ze ontdekten dat de al bekende nauwe correlatie tussen de ultraviolette en röntgenhelderheid van lokale quasars zich voortzet in verre quasars, terug meer dan 85% van de leeftijd van het heelal, vroeger nog strakker. De implicatie is dat deze twee grootheden de afstand van elke quasar kunnen bepalen, en die afstanden kunnen vervolgens worden gebruikt om kosmologische modellen te testen. Als de resultaten worden bevestigd, ze zullen astronomen voorzien van een dramatisch nieuw instrument om de eigenschappen van het evoluerende universum te meten.