Hoe een quasar te wegen

[univers]

Testen van een nieuwe, directe methode voor het bepalen van de massa's van superzware zwarte gaten

Astronomen van het Max Planck Instituut voor Astronomie hebben voor het eerst met succes een nieuwe methode getest om de massa's van extreme zwarte gaten in quasars te bepalen. Deze methode wordt spectroastrometrie genoemd en is gebaseerd op het meten van straling die wordt uitgezonden door gas in de buurt van superzware zwarte gaten. Deze meting bepaalt tegelijkertijd de rotatiesnelheid van het uitstralende gas en de afstand tot het centrum van de accretieschijf waaruit materiaal het zwarte gat instroomt. In vergelijking met andere methoden is spectroastrometrie relatief eenvoudig en efficiënt indien uitgevoerd met moderne grote telescopen. De hoge gevoeligheid van deze methode maakt het mogelijk om de omgeving van lichtgevende quasars en superzware zwarte gaten in het vroege heelal te onderzoeken.

In de kosmologie is het bepalen van de massa van superzware zwarte gaten in het jonge heelal een belangrijke maatstaf voor het volgen van de temporele evolutie van de kosmos. Nu Felix Bosco, in nauwe samenwerking met Jörg-Uwe Pott, zowel van het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) in Heidelberg, als voormalig MPIA-onderzoekers Jonathan Stern (nu Universiteit van Tel Aviv, Israël) en Joseph Hennawi (nu UC Santa Barbara; USA en Universiteit Leiden, Nederland), is er voor het eerst in geslaagd om de haalbaarheid aan te tonen van het direct bepalen van de massa van een quasar met behulp van spectroastrometrie.


Schematische weergave van een quasar. De hete accretieschijf in het midden omringt het zwarte gat, dat hier onzichtbaar is. Het wordt omgeven door een dichte verspreiding van gas en stof waarin individuele geïoniseerde gaswolken met hoge snelheid om het zwarte gat cirkelen. Gestimuleerd door de intense en energierijke straling van de accretieschijf, zenden deze wolken straling uit in de vorm van spectraallijnen, verbreed door het Doppler-effect. De zone van deze gaswolken wordt daarom brede emissielijnregio (BLR) genoemd.


Schematische weergave van de oorsprong van het spectroastrometriesignaal. Als het geïoniseerde gas in rust zou zijn, zouden we dezelfde golflengte van de spectraallijn door de hele BLR meten. De gaswolken draaien echter om het zwarte gat. Van opzij gezien komen ze aan de ene kant op ons af en aan de andere kant weer weg. Als gevolg hiervan lijkt het spectrale signaal aan één kant blauw verschoven naar kortere golflengten. Aan de andere kant is het rood verschoven naar langere golflengten. Dit verschil in de gemeten golflengte afhankelijk van de positie langs de BLR resulteert in het hierboven aangegeven spectroastrometriesignaal. Hieruit kunnen onderzoekers de maximale afstand van de waargenomen BLR-wolken vanaf het centrum van de quasar en de heersende snelheid daar bepalen.

meer :https://www.mpia.de/news/science/2021-13-quasar