Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De heldere, scherpe foto's van Chandra X-ray Observatory helpen astrofysici bij het bestuderen van energetische zwarte gaten

Het Chandra-ruimtevaartuig en zijn componenten. Credit:NASA/CXC/SAO &J.Vaughan

Wanneer een ster wordt geboren of sterft, of wanneer zich een ander zeer energetisch fenomeen in het universum voordoet, zendt hij röntgenstraling uit, dit zijn hoogenergetische lichtdeeltjes die met het blote oog niet zichtbaar zijn. Deze röntgenfoto's zijn van hetzelfde soort dat artsen gebruiken om foto's te maken van gebroken botten in het lichaam. Maar in plaats van te kijken naar de schaduwen die worden geproduceerd door de botten die röntgenstraling in een persoon tegenhouden, detecteren astronomen röntgenstraling die door de ruimte vliegt om beelden te krijgen van gebeurtenissen zoals zwarte gaten en supernova's.



Afbeeldingen en spectra (grafieken die de verdeling van het licht over verschillende golflengten van een object laten zien) zijn de twee belangrijkste manieren waarop astronomen het universum onderzoeken. Beelden vertellen hen hoe de dingen eruit zien en waar bepaalde verschijnselen plaatsvinden, terwijl spectra hen vertellen hoeveel energie de fotonen, of lichtdeeltjes, die ze verzamelen hebben. Spectra kan hen inzicht geven in hoe de gebeurtenis waar ze vandaan kwamen, is ontstaan. Bij het bestuderen van complexe objecten hebben ze zowel beeldvorming als spectra nodig.

Wetenschappers en ingenieurs hebben het Chandra X-ray Observatory ontworpen om deze röntgenstralen te detecteren. Sinds 1999 hebben de gegevens van Chandra astronomen ongelooflijk gedetailleerde beelden opgeleverd van enkele van de meest dramatische gebeurtenissen in het universum.

Het vormen en sterven van sterren veroorzaakt supernova-explosies die chemische elementen de ruimte in sturen. Chandra kijkt toe terwijl gas en sterren in de diepe zwaartekracht van zwarte gaten vallen, en getuigt ervan dat gas dat duizend keer heter is dan de zon, bij explosieve winden uit sterrenstelsels ontsnapt. Het kan zien wanneer de zwaartekracht van enorme massa's donkere materie dat hete gas in gigantische zakken opsluit.

NASA heeft Chandra ontworpen om rond de aarde te draaien, omdat het deze activiteit vanaf het aardoppervlak niet zou kunnen zien. De atmosfeer van de aarde absorbeert röntgenstraling die uit de ruimte komt, wat geweldig is voor het leven op aarde, omdat deze röntgenstraling biologische organismen kan schaden. Maar het betekent ook dat zelfs als NASA Chandra op de hoogste bergtop zou plaatsen, het nog steeds geen röntgenstraling zou kunnen detecteren. NASA moest Chandra de ruimte in sturen.

Ik ben astrofysicus bij het Smithsonian Astrophysical Observatory, onderdeel van het Center for Astrophysics | Harvard en Smithsonian. Ik werk al aan Chandra voordat het 25 jaar geleden werd gelanceerd, en het was een genoegen om te zien wat het observatorium astronomen over het universum kan leren.

Links is de Cassiopeia A-supernova te zien. De afbeelding heeft een doorsnede van ongeveer 19 lichtjaar en verschillende kleuren in de afbeelding identificeren verschillende chemische elementen (rood duidt op silicium, geel duidt op zwavel, cyaan duidt op calcium, paars duidt op ijzer en blauw duidt op hoge energie). Het punt in het midden zou het overblijfsel van de neutronenster van de geëxplodeerde ster kunnen zijn. Aan de rechterkant bevinden zich de botsende ‘Antennes’-stelsels, die een gigantische structuur vormen met een doorsnede van ongeveer 30.000 lichtjaar. Credit:Chandra X-ray Center

Superzware zwarte gaten en hun gaststelsels

Astronomen hebben in de centra van alle sterrenstelsels superzware zwarte gaten gevonden, die een massa hebben die tien tot honderd miljoen keer zo groot is als die van onze zon. Deze superzware zwarte gaten bevinden zich daar meestal vredig, en astronomen kunnen ze detecteren door te kijken naar de zwaartekracht die ze uitoefenen op nabijgelegen sterren.

Maar soms vallen sterren of wolken in deze zwarte gaten, waardoor ze worden geactiveerd en het gebied dichtbij het zwarte gat veel röntgenstraling uitzendt. Eenmaal geactiveerd worden ze actieve galactische kernen, AGN of quasars genoemd.

Mijn collega's en ik wilden beter begrijpen wat er met het gaststelsel gebeurt zodra het zwarte gat in een AGN verandert. We hebben één sterrenstelsel uitgekozen, ESO 428-G014, om samen met Chandra naar te kijken.

Een AGN kan zijn gaststelsel overtreffen, wat betekent dat er meer licht uit het AGN komt dan alle sterren en andere objecten in het gaststelsel. De AGN deponeert ook veel energie binnen de grenzen van zijn gaststelsel. Dit effect, dat astronomen feedback noemen, is een belangrijk ingrediënt voor onderzoekers die simulaties bouwen die modelleren hoe het universum in de loop van de tijd evolueert. Maar we weten nog steeds niet precies welke rol de energie van een AGN speelt bij de vorming van sterren in zijn gaststelsel.

Gelukkig kunnen afbeeldingen van Chandra belangrijk inzicht bieden. Ik gebruik computertechnieken om beelden van het observatorium op te bouwen en te verwerken die mij over deze AGN's kunnen vertellen.

Het actieve superzware zwarte gat in ESO 428-G014 produceert röntgenstraling die een groot gebied verlicht, tot wel 15.000 lichtjaar verwijderd van het zwarte gat. Het basisbeeld dat ik van ESO 428-G014 met Chandra-gegevens heb gegenereerd, vertelt me ​​dat het gebied nabij het centrum het helderst is en dat er een groot, langwerpig gebied met röntgenstraling is.

Dezelfde gegevens, met een iets hogere resolutie, laten twee verschillende gebieden zien met hoge röntgenstraling. Er is een 'kop' die het midden omvat, en een licht gebogen 'staart' die zich vanuit dit centrale gebied naar beneden uitstrekt.

Ik kan de gegevens ook verwerken met een adaptief smoothing-algoritme dat het beeld in een nog hogere resolutie brengt en een duidelijker beeld creëert van hoe het sterrenstelsel eruit ziet. Dit toont gaswolken rond het heldere centrum.

Mijn team heeft enkele manieren kunnen zien waarop de AGN met de Melkweg interageert. De beelden tonen kernwinden die door de melkweg razen, dichte wolken en interstellair gas dat röntgenlicht reflecteert, en jets die radiogolven uitschieten die de wolken in de melkweg opwarmen.

Deze beelden leren ons in detail hoe dit feedbackproces werkt en hoe we kunnen meten hoeveel energie een AGN afgeeft. Deze resultaten zullen onderzoekers helpen realistischere simulaties te maken van hoe het universum evolueert.

De volgende 25 jaar röntgenastronomie

Het jaar 2024 markeert het 25e jaar sinds Chandra begon met waarnemingen van de hemel. Mijn collega's en ik blijven afhankelijk van Chandra om vragen over de oorsprong van het universum te beantwoorden die geen enkele andere telescoop kan beantwoorden.

Door astronomen van röntgengegevens te voorzien, vormen de gegevens van Chandra een aanvulling op informatie van de Hubble Ruimtetelescoop en de James Webb Ruimtetelescoop om astronomen unieke antwoorden te geven op open vragen in de astrofysica, zoals waar de superzware zwarte gaten in de centra van alle sterrenstelsels vandaan kwamen. van.

Voor deze specifieke vraag gebruikten astronomen Chandra om een ​​ver sterrenstelsel te observeren dat voor het eerst werd waargenomen door de James Webb-ruimtetelescoop. Dit sterrenstelsel zond het licht uit dat Webb 13,4 miljard jaar geleden opving, toen het universum nog jong was. Chandra's röntgengegevens onthulden een helder superzwaar zwart gat in dit sterrenstelsel en suggereerden dat superzware zwarte gaten zouden kunnen ontstaan ​​door de instortende wolken in het vroege heelal.

Scherpe beeldvorming is cruciaal geweest voor deze ontdekkingen. Maar Chandra zal naar verwachting nog maar tien jaar meegaan. Om de zoektocht naar antwoorden gaande te houden, zullen astronomen moeten beginnen met het ontwerpen van een 'super Chandra' röntgenobservatorium dat Chandra in de komende decennia zou kunnen opvolgen, hoewel NASA nog geen concrete plannen daartoe heeft aangekondigd.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Verschuivende aanwezigheid van Noord-Atlantische walvissen gevolgd met passieve akoestiek
  2. Extra Y-chromosoom bij mannen
  3. Studie identificeert nieuwe malariaparasieten in wilde bonobo's
  4. Naarmate het klimaat warmer wordt, muizen morph
  5. Wat zijn de functies van longblaasjes in de longen?
  6. Cambodja neemt lading ivoor in beslag, verborgen in holle boomstammen
  7. Welke organen helpen het menselijk lichaam zich te ontdoen van verspillingen geproduceerd door cellen?
  8. Pompoenboerderijen passen zich aan om de bodem te verbeteren en de uitstoot te verlagen
  9. Je gebruikt heuristieken al elke dag. Dit is wat ze zijn

Wetenschap