A csillagászok gravitációs lencséket használtak, hogy példátlan képet kapjanak a korai Univerzum fekete lyukrendszeréről. Egy művész illusztrációja azt mutatja be, hogy az egyik bal oldali objektum (lila) röntgenfényét hogyan torzította el egy közbeeső galaxis gravitációja, hogy két forrás keletkezzen a Chandra-képen (jobb oldalon szaggatott négyzet). A halványabb objektum (kék) fényét a galaxis 300-szor fényesebbre erősítette fel, mint lencse nélkül lett volna. A Chandra röntgenképe a második ábrán is látható. A két objektum vagy két növekvő szupermasszív fekete lyuk, vagy egy fekete lyuk és egy sugár. Köszönetnyilvánítás: NASA/CXC/M. Weiss; Röntgen (betét): NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.
Az űrben található természetes lencsék előnyeit kihasználva a csillagászok példátlan pillantást vethettek a röntgensugárzásra. fekete lyuk rendszer a korai Univerzumban.
Ezt a nagyítót először használták a röntgenképek élesítésére NASAChandra Röntgen Obszervatóriuma. Részleteket rögzített a fekete lyukakról, amelyek általában túl távoliak ahhoz, hogy a meglévő röntgenteleszkópokkal tanulmányozzák.
A csillagászok a „gravitációs lencsék” néven ismert jelenséget alkalmazták, amely akkor fordul elő, amikor a távoli objektumok fényének útját a látóvonal mentén elhelyezkedő nagy tömegkoncentráció, például egy galaxis meghajolja. Ez az objektív nagy mennyiségben képes felnagyítani és felerősíteni a fényt, és ismétlődő képeket hozhat létre ugyanarról az objektumról. Az ismétlődő képek konfigurációja felhasználható az objektum összetettségének megfejtésére és a képek élesítésére.
Az új tanulmányban szereplő gravitációs lencsés rendszer neve MG B2016+112. A Chandra által észlelt röntgensugarakat ez a rendszer bocsátotta ki, amikor az Univerzum még csak 2 milliárd éves volt a jelenlegi közel 14 milliárd éves korához képest.
„Az ilyen távoli objektumok röntgensugárzásban való meglátására és megértésére tett erőfeszítéseink kudarcba fulladnának, ha nem lenne ilyen természetes nagyítónk” – mondta Dan Schwartz, az Asztrofizikai Központ munkatársa. Harvard és Smithsonian (CfA), aki a vizsgálatot vezette.
A legújabb kutatás a társszerző, Cristiana Spingola korábbi munkájára épül, aki jelenleg az Olasz Nemzeti Asztrofizikai Intézetben (INAF) dolgozik Bolognában, Olaszországban. Az MG B2016+112 rádiós megfigyelései alapján csapata bizonyítékot talált egy pár gyorsan növekvő szupermasszív fekete lyukra, amelyeket csak körülbelül 650 fényév választ el egymástól. Azt találták, hogy mindkét fekete lyuk jelöltnek valószínűleg van repülőgépe.
A rádióadatokon alapuló gravitációs lencsés modell segítségével Schwartz és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy az általuk az MG B2016+112 rendszerből észlelt három röntgenforrás két különböző objektum lencsézéséből származhatott. Ez a két röntgensugárzást kibocsátó objektum valószínűleg egy pár növekvő szupermasszív fekete lyuk vagy egy növekvő szupermasszív fekete lyuk és annak sugár. E két objektum becsült elválasztása összhangban van a rádiómunkával.
A növekvő szupermasszív fekete lyukak párjainak vagy trióinak korábbi Chandra-mérései általában a Földhöz sokkal közelebb eső objektumokat érintettek, vagy az objektumok közötti távolság sokkal nagyobb. Korábban a Földtől még nagyobb távolságban lévő röntgensugarat figyeltek meg, amely akkor bocsátott ki fényt, amikor az Univerzum csak 7%-a volt jelenlegi korának. A sugár kibocsátását azonban körülbelül 160,000 XNUMX fényév választja el a fekete lyuktól.
A mostani eredmény azért fontos, mert döntő információt nyújt a fekete lyukak növekedési sebességéről a korai Univerzumban és egy lehetséges kettős fekete lyukrendszer észleléséről. A gravitációs lencse felerősíti ezeknek a távoli tárgyaknak a fényét, amelyek egyébként túl halványak lennének az észleléshez. Az MG B2016+112 egyik objektumának észlelt röntgenfénye akár 300-szor fényesebb is lehet, mint lencse nélkül lett volna.
„A csillagászok olyan fekete lyukakat fedeztek fel, amelyek tömege több milliárdszor nagyobb, mint a mi Napunké, és csak több százmillió évvel az ősrobbanás után keletkeztek, amikor az Univerzum csak néhány százaléka volt jelenlegi korának” – mondta Spingola. „Szeretnénk megfejteni azt a rejtélyt, hogy ezek a szupermasszív fekete lyukak hogyan nyertek ilyen gyorsan tömeget.”
A gravitációs lencsékből származó lökések lehetővé tehetik a kutatók számára, hogy megbecsüljék, hány olyan rendszerben, amelyek két szupermasszív fekete lyukat tartalmaznak, a szétválás elég kicsi ahhoz, hogy létrejöjjön. gravitációs hullámok a jövőben űralapú detektorokkal is megfigyelhető.
„Sok szempontból ez az eredmény izgalmas bizonyítéka annak, hogy ez a „nagyító” hogyan tud újszerű megközelítésben feltárni a távoli szupermasszív fekete lyukak fizikáját. E hatás nélkül Chandrának néhány százszor hosszabb ideig kellett volna megfigyelnie, és még akkor sem fedné fel az összetett struktúrákat” – mondta Anna Barnacka, a CfA és a Jagelló Egyetem munkatársa, aki a gravitációs lencsék nagy teljesítményűvé alakításának technikáit fejlesztette ki. felbontású teleszkópok a képek élesítéséhez.
„A gravitációs lencséknek köszönhetően a Chandra-megfigyelések sokkal hosszabb ideig képesek különbséget tenni a fekete lyuk pár és a fekete lyuk plusz sugármagyarázat között. Bízunk benne, hogy ezt a technikát a jövőben is alkalmazni fogjuk, különösen mivel a hamarosan üzembe kerülő nagy új optikai és rádiós létesítmények felmérései több tízezer célpontot szolgáltatnak majd” – zárta Schwartz.
Az MG B2016+112 egyik objektumának röntgenhelyzetének bizonytalansága az egyik dimenzióban 130 fényév, a másik, merőleges dimenzióban pedig 2,000 fényév. Ez azt jelenti, hogy annak a területnek a mérete, ahol a forrás valószínűleg található, több mint 100-szor kisebb, mint egy tipikus, nem lencsézett Chandra-forrás megfelelő területe. A helyzetmeghatározás ilyen pontossága páratlan a röntgencsillagászatban egy ilyen távolságra lévő forrás esetében.
Erről a kutatásról bővebben lásd A csillagászok „röntgennagyítót” használnak, hogy javítsák a távoli fekete lyukak láthatóságát.
Az eredményeket leíró cikk a augusztusi számban jelenik meg Az asztrofizikai folyóirat, (917. köt., 26. o.), a megjelenés előtti változat pedig elérhető a címen https://arxiv.org/abs/2103.08537.
Hivatkozás: „A gravitációs lencsés AGN MG B2016+112 komplex belső röntgenszerkezetének feloldása”, Daniel Schwartz, Cristiana Spingola és Anna Barnacka, 11. augusztus 2021. Az asztrofizikai folyóirat.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac0909
A NASA Marshall Űrrepülési Központja irányítja a Chandra programot. A Smithsonian Astrophysical Observatory Chandra röntgenközpontja irányítja a tudományos műveleteket a Cambridge-ből (Massachusetts) és a repülési műveleteket a Massachusetts állambeli Burlingtonból.
