A művész benyomása azt mutatja, hogy a J043947.08 + 163415.7, egy nagyon távoli kvazár, amelyet egy szupermasszív fekete lyuk hajt meg, közelről nézhet ki. Ez a tárgy messze a legvilágosabb kvazár, amelyet a korai univerzumban még fedeztek fel, de csak a látszólagos fényerő szempontjából (ESA / HUBBLE, NASA, M. KORNMESSER)

Sajnáljuk, hogy a csillagászok nem találták meg a legvilágosabb kvazárt az egész univerzumban

Einstein gravitációjának segítésével és a Hubble Űrtávcső erejével ez a legfényesebb kvazár, amit valaha fedeztünk fel.

A csillagászatban kétféle kérdést kell megválaszolni: könnyű és nehéz kérdéseket. Az egyszerű kérdések a közeli objektumokkal kapcsolatosak, amelyek bőségesek és könnyen láthatók; a kemény tárgyak távoli tárgyakat foglalnak magukban, amelyek ritka és nehéz megtalálni. Sok szempontból a legtöbb kérdés magában foglalja annak meghatározását, hogy mi történik a legnagyobb kozmikus szélsőségeken.

Egy látványos új felfedezésben a csillagászok beszámoltak egy rekordrázó kvazárról a korai világegyetemben: 600 trillió napfénynél világosabb. Mivel a fény 13 milliárd évvel ezelőtt, csak 800 millió évvel a nagy robbanás után jött hozzánk, fényereje azt sugallja, hogy napfény tömegének 10 milliárdszorosa fekete lyuk hajtja azt.

Ez a következtetés azonban teljesen téves. Ez egy Einstein relativitáselméletének aprósága, amely becsap minket, és pontosan megértjük, miért.

A „standard gyertyák” nagyszerűek a mért fényerőn alapuló távolságok következtetésére, de csak akkor, ha meggyőződött arról, hogy a gyertya belső fényerővel rendelkezik-e. Ha lát valamit, amely úgy tűnik, hogy bizonyos fényerő és távolság, de tévesen azonosítja, hogy mi történik ezzel a fényvel az út mentén, akkor tévesen számolhatja a gyertya belső fényerejét (NASA / JPL-CALTECH)

Képzelje el, hogy van egy fényes izzója. Amint bekapcsolja a kapcsolót, felmelegíti izzószálát, és ragyogóan ragyog, mint egy normál szám: 100 watt. Megállhat egy bizonyos távolságban tőle, és pontosan megjósolhatja, milyen fényesnek kell lennie. És ez másképp működik is: ha meg tudja mérni a távolságot és milyen fényesnek tűnik, pontosan meg tudja következtetni, milyen belső fényben van.

De ennek a gondolkodásmódnak van oka. Gondoskodnod kell arról, hogy semmi ne növelje azt a fényt, amelyet az űrben tartózkodási helyéről lát. Ha ezt az izzót nagyítón keresztül nézi, akkor a távolságmérés továbbra is megfelelő, de a látszólagos fényerőt megmérte, amelyet mesterségesen javítottak. Minél nagyobb az objektív nagyítóereje, annál nagyobb a mesterséges javítás. Ha megpróbálta következtetni arra, hogy a villanykörte valójában mennyire megvilágított, akkor a téves válasz felé hajlamosak lennének, és a nagyobb nagyítás nagyobb eredményt eredményezne.

A háttérforrást nagyító és torzító gravitációs lencsék lehetővé teszik, hogy lágyabb, távolabbi tárgyakat látjunk, mint valaha. (ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), CALÇADA L. (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)

Nem léteznek nagyítószemüvegek, amelyek természetesen előfordulnak az űrben, de ott van a gravitációs lencse nagyon valódi jelensége. Ha egy távoli tárgyra nézünk az Univerzumban, akkor nagyon valószínűsíthető, hogy egy nagy tömeg létezik a látóvonalán, bármi is, amit megfigyel.

Az Einstein relativitáselméletében a tömeg a téridő szövetét görbíti, és nagyobb tömegek nagyobb görbületet indukálnak. A távoli tárgytól származó fény, amely áthalad egy erősen ívelt téridő egy térségén, torzul. Ha a torzulás elég jelentős, különféle hatásokat okozhat, beleértve a megfigyelt kép nyújtását, több kép létrehozását és a forrásból származó fény nagyított nagyítását.

A széles látószögű kép közepén található HE0435–1223 az eddig felfedezett öt legjobb lencsés kvazár közé tartozik. Az előtérben lévő galaxis négy nagyon szimmetrikus képet hoz létre a körüli távoli kvazárról. A kvazárok a legtávolabbi tárgyak, amelyek a megfigyelhető univerzumban találhatók. (ESA / HUBBLE, NASA, SUYU ET AL.)

Amikor az ultra-távoli világegyetem legfényesebb tárgyait látjuk, nem használunk izzókat. Még csillagokat, galaxiseket és szupernóvákat sem használunk; ilyen nagy távolságra az egyetlen nagy objektum, amely nagy számban látható, a kvazárok. Röviddel a nagy robbanás után az Univerzum először csillagokat alakított ki, amelyek fekete lyukakhoz, egyesülésekhez és galaxisokhoz vezettek. Az idő múlásával végül az első szupermasszív fekete lyukak jelentek meg ezen fiatal galaxisok központjában.

Ezek a fekete lyukak, amikor a gazda galaxiseikben nagy csillagképződések alakulnak ki, nagy mennyiségű anyagot képes felhalmozni és elnyelni. Ennek során a fekete lyukak növekednek, és az őket körülvevő régiók nagy mennyiségű elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, a spektrum rádiószakaszától egészen a röntgenig. A megfigyelt sugárzás alapján rekonstruálhatjuk ezen kvazárok és az általuk lakott galaxisok mindenféle tulajdonságát.

Ennek az újonnan azonosított kvazárnak a neve J043947.08 + 163415.7, amelyet röviden J0439-nek hívunk. Ezt egy széles körű felmérésben fedezték fel 2017-ben, és tavaly nyomon követési megfigyeléseket kapott a Hubble-tól. És - akárcsak egy izzóval remélte - meg tudtuk mérni az objektum távolságát és fényességét.

Nagyon nagy pontossággal megmérhetjük, hogy messze van ez a kvazár, és értéket kaphatunk, ha tudjuk, amit a kibővülő Univerzumról tudunk: 28,1 milliárd fényév távolságban.

Nagyon nagy pontossággal megmérhetjük, hogy a kvazár milyen fényesnek tűnik, ha összegyűjti a fényét, és ez közvetlen látszólagos fényerő mérését eredményezi.

És összekapcsolva azt a két ábrát, megkapjuk ezt a számot a kvazár belső fényességéhez: a Nap fényerejének 600 trilliószorosa.

Az Univerzum legtávolabbi röntgensugárja a GB 1428 kvazártól kezdve a Földről nézve nagyjából azonos távolsággal és korú, mint az S5 0014 + 81 kvazár, amely az univerzumban talán a legnagyobb ismert fekete lyukot tartalmazza. Ezeket a távoli behemótokat úgy gondolják, hogy egyesülések vagy más gravitációs kölcsönhatások aktiválják azokat, amelyek szintén jelentős csillagképződés-sebesség-növekedéshez vezetnek ezekben a gazdagépekben. (Röntgen: NASA / CXC / NRC / C.CHEUNG ET AL; OPTIKAI: NASA / STSCI; RÁDIÓ: NSF / NRAO / VLA)

Ha ez igaz, akkor ez a tárgy messze a legfényesebb dolog, amit ilyen nagy távolságokon észleltünk. Jelenleg több száz olyan kvazárról tudunk, amelyek hasonló szélsőséges távolságra találhatók, és amelyek fényereje néhány trillió és 300 trillió szorosa között van a Nap fényerejénél. Tehát ez az új kvazár, a J0439 most már több mint kétszer olyan ragyogó, mint a következő legfényesebb. Néhányan még azt állítják, hogy ez lehet a korai világegyetem legfényesebb kvazára.

Annak elképzelése érdekében, hogy milyen extrém lenne egy ilyen kvazár, következtethetünk egy tömegre a központi fekete lyuk fényessége alapján: 10 milliárd napelemes tömeg. Megállapíthatjuk a csillagok képződésének sebességét a benne lakó galaxis számára: évi 10 000 új, új csillag értékű napenergia-tömeg.

Összehasonlításképpen, a Tejútunk szupermasszív fekete lyukával rendelkezik, mindössze 4 millió napenergiával, és évente kevesebb, mint 1 napelemes tömegű új csillagot képez.

A Tejút galaktikus központjának ez a több hullámhosszú képe a röntgenről az optikai és az infravörös csatornán megy keresztül, bemutatva a Nyilas A * -ot és az intragalaktikus közeget, amely körülbelül 25 000 fényévnyire van. A fekete lyuk tömege megközelítőleg 4 millió nap, míg a Tejút egésze kevesebb, mint egy új Napnak megfelelő csillag évente. Idén később, az rádióadatok felhasználásával az EHT megoldja a fekete lyuk eseményhorizontját. (X-RAY: NASA / CXC / UMASS / D. WANG ET AL; OPTIKAI: NASA / ESA / STSCI / D.WANG ET AL; IR: NASA / JPL-CALTECH / SSC / S.STOLOVY)

Körülbelül 500 olyan kvazárt fedeztek fel, amelyek nagyon korai időkben érkeznek hozzánk: amikor az Univerzum kevesebb, mint 1,2 milliárd éves volt. Nincs ilyen fényes, fekete lyukak vannak olyan hatalmasak, vagy nem utalnak olyan nagy csillagképződés-sebességre. Ha ez a kvazár olyan fényes lenne, mint ahogyan ezek a megfigyelések sugallják, akkor valószínűleg a legszélsőségesebb tárgy az egész univerzumban.

De ez nem igaz. A J0439 kvazár nem 600 billiószor olyan fényviszonyú, mint a Nap, és minden bizonnyal nem a világ legfényesebb kvazára. Ehelyett a J0439 a gravitációs lencse visszajelző lámpáit mutatja, amelyek valószínűleg akár 50-szeresére is nagyíthatják.

Ahelyett, hogy 600 trilliószor olyan fényerőn lenne, mint a Napunk, ez csak 10–12 trilliószor lehet fényes, ami valójában az egyik leggyengébb kvazár, amelyet valaha ilyen nagy távolságra észleltek.

Ez a kép a J043947.08 + 163415.7 távoli kvazárt ábrázolja, ahogyan azt a NASA / ESA Hubble Űrtávcsővel megfigyelték. A kvazár a korai világegyetem egyik legfényesebb tárgya. Távolsága miatt azonban csak akkor vált láthatóvá, mivel a képe gravitációs lencsével világosabbá és nagyobbá vált. (NASA, ESA, X. FAN (ARIZONA EGYETEM))

A lencsés aláírások teljesen egyértelmûek és elkerülhetetlenek. A Hubble-adatokban több képet oldottunk meg, mivel a megfigyelések három különálló kép létezését mutatták a J0439-hez. Az előtérben lévő galaxis létezése, amelyet csak a szükséges szögkülönbség ellensúlyoz, szintén jól látható, feltárva a gravitációs lencse forrását.

Ezen adatok legjobb értelmezése az, hogy a kvazár valószínűleg 13 milliárd évvel ezelőtti fényt bocsát ki, de körülbelül félúton köztünk és a kvazár közt egy egymásba illeszkedő galaxis súlyosan görbíti a teret. Amikor rekonstruáljuk az észlelések magyarázatához szükséges jelenlétét, arra a következtetésre jutunk, hogy ez nem a legfényesebb kvazár, amelyet ilyen nagy távolságokon észleltek; ez az első kvazár, amelyet gravitációs lencsével látnak el a világegyetem legtávolabbi pontjain.

A gravitációs lencsék szemléltetik, hogy a háttér galaxisokat - vagy bármilyen fényútot - torzítják egy közbeeső tömeg jelenléte, de azt is megmutatja, hogy maga a tér van-e hajlítva és torzítva-e magát az előtér-tömeg jelenléte által. Egy ilyen lencse nagyítása zavart okozhat egy forrás belső fényességében, ha nem megfelelően veszik figyelembe. (NASA / ESA)

Ha figyelembe vesszük a gravitációs lencse hatásait, valamint az Einstein relativitásából adódó tér görbületét, ez a kvazár sokkal ésszerűbbé válik.

  • Ahelyett, hogy 600 trilliószor olyan fényerőn lenne, mint a mi Napunk, csupán ~ 12 trilliószor fényerő, más kvazárokkal összhangban.
  • Egy olyan fekete lyuk helyett, amely 10 milliárdszor olyan hatalmas, mint a Napunk, és amely ilyen korai időkben még nem volt hallható, a Nap tömegének csak 0,8 milliárdszorosának kell lennie, összhangban a többi korai szakaszban lévő nagy szupermasszív fekete lyukkal.
  • És a csillagok képződési sebessége helyett, amely több tízezer olyan nagy, mint a saját galaxisunk, rekonstruálunk egy, amely sokkal szorosabban illeszkedik a többi fiatal kvazárhoz: néhány száz-néhány ezer napelemes tömegű új csillagok évente.

A jövőben a nagyobb léptékű mélyreható felméréseknek több kvaszárt kell felfedniük az erős gravitációs lencsék peremén. Nagyon sok távolságon belül fel kell fedeznünk ezeket a kis fényerősségű kvazárokat, amelyek lencse-javítás nélkül a jelenlegi obszervatóriumok detektálási küszöbértéke alatt vannak. És különösen a J0439 esetében teljes mértékben elvárjuk, hogy az ALMA-val végzett nyomon követések feltárják, mennyire gyorsan mozog az anyag a kvazárral működő fekete lyuk körül, és így ablakot ad nekünk annak tömegéhez.

Az NGC 4261 galaxis magja, akárcsak sok galaxis magja, szupermasszív fekete lyuk jeleit mutatja mind az infravörös, mind a röntgen megfigyelések során. Ha megmérjük a gáz mozgását, beleértve annak sebességét a távolságtól különböző távolságra a középpontból, a fekete lyuk körül, akkor elég pontos értéket vonhatunk le az in situ szupermasszív fekete lyuk számára. (NASA / CSALÁD ÉS ESA)

Ez az új kvazár lenyűgöző, de nem az okok miatt, amelyeket már hallottál. Ez nem a legfényesebb tárgy a kozmikus hajnalunk közelében, hanem az egyik leggyengébb ilyen felfedezett tárgy. Csak a gravitációs lencse ereje, a beavatkozó galaxis esélyeinek igazítása és az Einstein relativitáselméletének egyedi szabályai miatt tudtuk megkeresni.

Lehet, hogy a korai világegyetemben a legnagyobb látszólagos fényerővel rendelkező kvazárt találtuk, amely önmagában is figyelemre méltó. Célunk azonban az, hogy megértsük az univerzumot úgy, ahogy van, és nem úgy, mint amilyennek látszik. Ha ezt figyelembe vesszük, ez a kvazár pontosan megfelel annak, amit elvárunk. És ez önmagában egy lenyűgöző történet, nincs szükség további szenzacionizmusra.

A Starts With A Bang mostantól a Forbes-en működik, és a Mediumon közzéteszik, a Patreon támogatóinknak köszönhetően. Ethan két könyvet írt, a Beyond The Galaxy és a Treknology: A Star Trek tudománya a Tricorders-től a Warp Drive-ig.