Astronomové použili gravitační čočku k získání bezprecedentního pohledu na systém černých děr v raném vesmíru. Umělecká ilustrace ukazuje, jak bylo rentgenové světlo z jednoho z objektů vlevo (fialové) deformováno gravitací mezilehlé galaxie, aby vytvořilo dva zdroje detekované na snímku Chandra (přerušovaný čtverec vpravo). Světlo ze slabšího objektu (modré) bylo zesíleno galaxií tak, aby bylo až 300krát jasnější, než by bylo bez čočky. Rentgenový snímek Chandra je také zobrazen na druhém obrázku. Tyto dva objekty jsou buď dvě rostoucí supermasivní černé díry, nebo jedna černá díra a výtrysk. Poděkování: NASA/CXC/M. Weiss; Rentgenový snímek (vložený): NASA/CXC/SAO/D. Schwartz a kol.
Díky využití přirozené čočky ve vesmíru astronomové zachytili bezprecedentní pohled na rentgenové záření z černá díra systém v raném vesmíru.
Tato lupa byla poprvé použita k ostření rentgenových snímků NASArentgenová observatoř Chandra. Zachytil podrobnosti o černých dírách, které by za normálních okolností byly příliš vzdálené pro studium pomocí existujících rentgenových teleskopů.
Astronomové aplikovali jev známý jako „gravitační čočka“, ke kterému dochází, když je dráha světla ze vzdálených objektů ohnuta velkou koncentrací hmoty, jako je galaxie, která leží podél linie pohledu. Tato čočka může zvětšit a zesílit světlo o velké množství a vytvořit duplicitní obrazy stejného objektu. Konfigurace těchto duplicitních snímků může být použita k dešifrování složitosti objektu a zostření snímků.
Systém gravitační čočky v nové studii se nazývá MG B2016+112. Rentgenové záření detekované Chandrou bylo vyzařováno tímto systémem, když byl vesmír starý pouhé 2 miliardy let ve srovnání s jeho současným stářím téměř 14 miliard let.
„Naše úsilí vidět a porozumět tak vzdáleným objektům v rentgenovém záření by bylo odsouzeno k záhubě, kdybychom neměli takovou přirozenou lupu,“ řekl Dan Schwartz z Centra pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian (Srov), který studii vedl.
Nejnovější výzkum navazuje na dřívější práci vedenou spoluautorkou Cristianou Spingolovou, která v současnosti působí v Italském národním institutu pro astrofyziku (INAF) v italské Bologni. Pomocí rádiových pozorování MG B2016+112 našel její tým důkazy pro dvojici rychle rostoucích supermasivních černých děr, které od sebe dělí pouhých 650 světelných let. Zjistili, že oba kandidáti na černé díry mají možná trysky.
Pomocí modelu gravitační čočky založeného na rádiových datech Schwartz a jeho kolegové dospěli k závěru, že tři zdroje rentgenového záření, které detekovali ze systému MG B2016+112, musely pocházet z čočky dvou odlišných objektů. Tyto dva objekty vyzařující rentgenové záření jsou pravděpodobně dvojice rostoucích supermasivních černých děr nebo rostoucí supermasivní černá díra a její výtrysk. Odhadované oddělení těchto dvou objektů je v souladu s rádiovou prací.
Předchozí měření párů nebo trojic rostoucích supermasivních černých děr Chandra obecně zahrnovala objekty mnohem blíže k Zemi nebo s mnohem většími vzdálenostmi mezi objekty. Již dříve byl pozorován rentgenový paprsek v ještě větší vzdálenosti od Země, jehož světlo vyzařovalo, když byl vesmír pouhých 7 % svého současného stáří. Emise z výtrysku je však od černé díry vzdálena asi 160,000 XNUMX světelných let.
Současný výsledek je důležitý, protože poskytuje zásadní informace o rychlosti růstu černých děr v raném vesmíru a detekci možného systému dvojitých černých děr. Gravitační čočka zesiluje světlo z těchto vzdálených objektů, které by jinak byly příliš slabé na to, aby je bylo možné detekovat. Detekované rentgenové světlo z jednoho z objektů v MG B2016+112 může být až 300krát jasnější, než by bylo bez čočky.
"Astronomové objevili černé díry s hmotností miliardkrát větší než naše Slunce, které se formovalo jen stovky milionů let po velkém třesku, kdy byl vesmír jen několik procent svého současného stáří," řekl Spingola. "Chceme vyřešit záhadu, jak tyto supermasivní černé díry tak rychle získaly hmotu."
Zvýšení gravitační čočky může výzkumníkům umožnit odhadnout, kolik systémů obsahujících dvě supermasivní černé díry má separace dostatečně malé na to, aby produkovaly gravitační vlny v budoucnu pozorovatelné pomocí vesmírných detektorů.
„Tento výsledek je v mnoha ohledech vzrušujícím důkazem toho, jak nám tato ‚lupa‘ může pomoci odhalit fyziku vzdálených supermasivních černých děr novým přístupem. Bez tohoto efektu by to Chandra musela pozorovat několik setkrát déle a ani potom by neodhalila složité struktury,“ řekla spoluautorka Anna Barnacka z CfA a Jagellonské univerzity, která vyvinula techniky pro přeměnu gravitačních čoček na vysoce- dalekohledy s rozlišením pro zaostření obrazu.
"Díky gravitační čočce mohou být mnohem delší pozorování Chandra schopna rozlišit mezi párem černých děr a vysvětlením černé díry plus jet." Těšíme se také na aplikaci této techniky v budoucnu, zejména proto, že průzkumy prováděné novými významnými optickými a rádiovými zařízeními, které budou brzy spuštěny, budou zásobovat desítky tisíc cílů,“ uzavřel Schwartz.
Nejistota polohy rentgenového záření jednoho z objektů v MG B2016+112 je 130 světelných let v jednom rozměru a 2,000 světelných let v druhém, kolmém rozměru. To znamená, že velikost oblasti, kde se pravděpodobně nachází zdroj, je více než 100krát menší než odpovídající oblast pro typický zdroj Chandra, který není čočkovaný. Taková přesnost při určování polohy nemá v rentgenové astronomii obdoby pro zdroj na tuto vzdálenost.
Více o tomto výzkumu viz Astronomové používají „rentgenovou lupu“ ke zlepšení pohledu na vzdálené černé díry.
Článek popisující tyto výsledky se objevuje v srpnovém vydání Astrofyzikální žurnál, (vol. 917, str. 26.) a verze před vydáním je k dispozici na adrese https://arxiv.org/abs/2103.08537.
Odkaz: „Rozpoznání komplexní vnitřní rentgenové struktury gravitační čočky AGN MG B2016+112“ od Daniela Schwartze, Cristiany Spingoly a Anny Barnacké, 11. srpna 2021, Astrofyzikální žurnál.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac0909
Marshall Space Flight Center NASA řídí program Chandra. Rentgenové centrum Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory řídí vědecké operace z Cambridge ve státě Massachusetts a letové operace z Burlingtonu ve státě Massachusetts.
