Учёные из астрофизической обсерватории Флоренции разработали методику, которая использует квазары – мощные источники радиоизлучения, для изучения истории и структуры Вселенной. Для разработки нового метода, основанного на связи между светимостью квазаров в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, учёные использовали все возможности современной рентгеновской обсерватории XMM-Ньютон (ЕКА). Этот подход имеет все шансы стать основным инструментом для изучения свойств нашей Вселенной.
В центре большинства галактик в нашей Вселенной располагается сверхмассивная чёрная дыра – объект, концентрация материи в которой настолько высока, что ничто, даже свет, не в силах вырваться из её крепких “объятий”. Такие чёрные дыры имеют массу от пары миллионов до нескольких миллиардов солнечных масс, но, как правило, находятся в режиме ожидания, и лишь только время от времени “проглатывают” звезду или газовое облако, которые подошли слишком близко к ним.
Некоторые из этих смертоносных объектов, однако, чрезвычайно активны и поглощают вещество в достаточно больших объёмах, в результате чего окружающий материал начинает светиться в различных диапазонах. Согласно новому исследованию такие объекты (квазары) могут быть использованы в качестве маркеров для изучения расширения Вселенной.
“Явление космического расширения несёт огромное количество информации о нашей Вселенной, в том числе о её возрасте и плотности расположения различных объектов, таких как, например, галактики”, – отметил один из исследователей Гвидо Ризалити.
Но определение расстояний во Вселенной очень трудная задача, которая может быть решена лишь с использованием некоторых источников, например, сверхновые типа Ia – взорвавшихся белых карликов. В недавнем исследовании учёные выяснили, как это можно сделать с помощью квазаровia
Основным препятствием для измерения расстояния до астрономических объектов является наше незнание их истинной яркости. Для относительно близких звёзд астрономы могут провести довольно точные измерения расстояния используя метод параллакса – незначительное изменение расположения объекта в небе при наблюдении за ним из разных точек земной орбиты. Тем не менее, чем больше расстояние, тем более трудоёмким становится этот метод.
“В дополнение к сверхновым типа Iа мы предлагаем измерять расстояния во Вселенной используя квазары, которые смогут пролить свет на то какой была Вселенная в первый миллиард лет её существования”, – отмечают исследователи.
Чтобы определить, насколько далеко от нас находятся квазары, Ризалити и Люссо предложили использовать интересное свойство этих источников: связь между количеством излучения, который они испускают в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Оба типа излучения возникают в результате деятельности чёрной дыры, однако обусловлены различными процессами. В момент поглощения материала чёрной дырой, он нагревается от трения и начинает ярко светить в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Затем, часть этого излучения взаимодействует с электронами, в следствии чего, получив дополнительный импульс энергии, превращается в рентгеновское излучение.
Ключевым моментом, лежащим в основе использования этого свойства, является то, что связь между светимостью в двух различных диапазонах волн не является линейной. Это означает, что соотношение между рентгеновским и ультрафиолетовым излучениями квазара является не фиксированной величиной, а изменяется – известным образом. Так, наблюдая за рентгеновским и ультрафиолетовым спектрами квазаров учёные могут оценить абсолютную яркость этих объектов и, как следствие, рассчитать с высокой точностью расстояния.
Несмотря на то, что физический механизм, лежащий в основе этого соотношения на данный момент до конца не изучен, Ризалити и Люссо удалось применить его и превратить квазары в своеобразные индикаторы для расчёта расстояний во Вселенной.