Квазары в качестве стандартных космических свечей

Астрономы обнаружили тесную корреляцию между рентгеновским и ультрафиолетовым излучениями в квазарах, и предлагают использовать их для определения космических расстояний.

Об этом рассказывают в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики (CfA).

В 1929 году Эдвин Хаббл опубликовал наблюдения о наличии корреляции между расстоянием и скоростью галактик, причем расстояния определяются с помощью их звезд-цефеид. Гарвардский астроном Генриетта Сван Левитт обнаружила, что цефеида периодически меняется с периодом, который связан с присущей ей светимостью. Она откалибровала эффект, и когда Хаббл сравнил эти расчетные значения с наблюдаемыми светимостями, он смог определить их расстояния.

Но даже на сегодняшний день таким образом можно определить только цефеиды в отношении близких галактиках. Чтобы расширить шкалу расстояний до более ранних времен космической истории, астрономы использовали сверхновые (SN) — взрывные смерти массивных звезд — которые можно наблюдать на гораздо больших расстояниях.

Сравнивая наблюдаемую яркость SN с присущей ей яркостью, основываясь на ее классификации, астрономы могут определить расстояние до нее; сравнивая это со скоростью галактики-хозяина (ее красным смещением, измеренным спектроскопически), можно получить "отношение Хаббла", связывающее скорость галактики с ее расстоянием. Самыми надежными сверхновыми для этих целей из-за их космической однородности являются так называемые сверхновые типа "Ia", которые считаются "стандартными свечами", и все они имеют одинаковую присущую яркость.

Однако даже SN становится все труднее изучать таким образом по мере их удаления от нас, сегодня самой дальней SN типа Ia с надежным определением скорости датируется эпохой через 3 миллиарда лет после Большого взрыва.

Астрономы CfA Сусанна Бисоньи, Франческа Сиван, Мартин Элвис и Пепи Фаббиано вместе с коллегами предлагают использовать квазары в качестве новых стандартных свечей.

Самые дальние известные квазары были замечены с эпохи лишь примерно через семьсот миллионов лет после Большого взрыва, что значительно расширяет диапазон красных смещений стандартных свечей. Еще одним преимуществом квазаров является то, что за последние несколько лет их было открыто сотни тысяч. Не менее важно, что физические процессы в квазарах отличаются от процессов в SN, предоставляя абсолютно независимые измерения космологических параметров.

Новая схема, предложенная астрономами, опирается на их открытии о наличии тесной корреляции между рентгеновским и ультрафиолетовым излучениями в квазарах.

В сердце квазара находится сверхмассивная черная дыра, окруженная очень горячим диском с аккрециирующим материалом, излучающим в ультрафиолете. Диск, в свою очередь, окружен горячим газом, электроны которого движутся со скоростью, близкой к скорости света, и когда ультрафиолетовые фотоны сталкиваются с этими электронами, их энергия увеличивается до рентгеновского излучения.

Команда, опираясь на свои предыдущие методы, проанализировала рентгеновские измерения 2332 удаленных квазаров в новом Каталоге источников Чандры и сравнила их с ультрафиолетовыми результатам исследования "Слоановский цифровой обзор неба".

Они обнаружили, что уже известная тесная корреляция между ультрафиолетовой и рентгеновской светимостями локальных квазаров сохраняется в дальних квазарах, в течение 85% возраста Вселенной, и становится все более тесной в более ранние времена. Отсюда следует, что эти две величины могут определять расстояние до каждого квазара, и эти расстояния затем могут быть использованы для проверки космологических моделей.

Если результаты будут подтверждены, они предоставят астрономам новый драматический инструмент, с помощью которого можно будет измерить свойства эволюционирующей Вселенной.

Исследование доступно на сервере препринтов arXiv.org.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.