science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Microlensing meting van een quasars accretieschijf

Het Hubble-beeld van een enkele quasar, WFI2026-4536, zwaartekracht lensed en afgebeeld in vier subafbeeldingen. Paneel (a) toont de afbeelding, en paneel (b) toont de afbeelding nadat de quasar-componenten zijn afgetrokken, onthullend het zwakke voorgrondlensstelsel ("G"). Astronomen hebben lichtvariaties tussen de lenscomponenten van de quasar gebruikt om de grootte van zijn aangroeiende schijf en de massa van zijn superzware zwarte gat af te leiden. Krediet:NASA-Hubble, Morgan et al. 2003

Een actieve galactische kern (AGN) is een superzwaar zwart gat dat zich in de kern van een melkwegstelsel bevindt dat materiaal aanwast. De aanwas vindt plaats in de buurt van de hete torus rond de kern, en het kan snel bewegende stralen van geladen deeltjes genereren die heldere, variabele straling als materiaal versnelt als het naar binnen valt. Quasars zijn misschien wel de bekendste lichtgevende AGN, en hun kernen zijn relatief vrij van stof. Nucleaire gebieden en schijven van quasars zijn te ver weg en veel te klein om te worden opgelost met telescopen en astronomen die proberen het gedrag van quasars te begrijpen, AGN, en accretieschijven worden gedwongen om de fysica af te leiden uit indirecte metingen. Fluxvariabiliteitsmetingen bieden zo'n mogelijkheid.

Microlensing verwijst naar de korte lichtflitsen die worden geproduceerd bij het verplaatsen van kosmische lichamen, fungeren als zwaartekrachtlenzen, moduleren van de intensiteit van licht van achtergrondbronnen. Omdat het pad van het licht wordt gebogen door de aanwezigheid van een massa, materiële lichamen kunnen werken als zwaartekrachtlenzen om de beelden van objecten die erachter worden gezien te vervormen. Microlensing biedt de mogelijkheid om de afmetingen van quasar AGN te meten. Af en toe worden quasarbeelden met lenslenzen gevonden die zijn vergroot en vervormd tot meerdere beelden door een voorgrondstelsel en de stellaire objecten erin. Terwijl de quasar beweegt ten opzichte van onze gezichtslijn, deze vergroting verandert, het genereren van significante ongecorreleerde variabiliteit tussen de beelden over maanden of jaren. Als de tijdsvertragingen tussen de meerdere beelden van de quasar nauwkeurig genoeg worden gevolgd gedurende meerdere tijdperken, is het mogelijk om de intrinsieke quasarvariabiliteit te ontrafelen van de microlensvariabiliteit. Er zijn tot nu toe slechts veertien multi-epoch groottemetingen van quasars gedaan.

CfA-astronoom Emilio Falco was lid van een team dat deze variabiliteitstechnieken gebruikte om de grootte en massa van de accretieschijf en het zwarte gat in de quasar WFI2026-4536 te schatten, een quasar zo ver weg dat zijn licht al bijna elf miljard jaar naar ons toe reist; de leeftijd van het heelal is slechts 13,7 miljard jaar. De wetenschappers analyseerden gegevens over optische lichtvariabiliteit gedurende dertien jaar, van 2004 tot 2017, en ontwikkelde lensmodellen die in staat waren de grootte van de accretieschijf van de quasar te beperken tot ongeveer driehonderdzestig astronomische eenheden en de massa van zijn superzware zwarte gat tot ongeveer anderhalf miljard zonnemassa's. De massa komt ruwweg overeen met andere verwachtingen en met het bereik van massa's in de veertien andere vergelijkbaar gemeten quasars, maar ongeveer twee keer zo groot als verwacht van methoden op basis van de helderheid. Ze rapporteren ook de eerste massametingen van het centrale zwarte gat met behulp van spectroscopische gegevens, met resultaten die consistent zijn met de variabiliteitsmethode. De indrukwekkende resultaten verfijnen ons begrip van deze verre monsters en verfijnen de modellen van AGN.