Μια νέα μελέτη δείχνει έναν τρόπο χρήσης των κβάζαρ για τη μέτρηση της απόστασης στο πρώιμο Σύμπαν.
Το απλό ερώτημα "πόσο μακριά είναι;" μπαίνει στο επίκεντρο της ιστορίας της σύγχρονης αστρονομίας. Παρατηρώντας την γαλαξιακή μας γειτονιά στο αρχέγονο Σύμπαν, διαφορετικά πρότυπα μέτρησης - συχνά αναφερόμενα ως "πρότυπα κηρία (standard candles)" - χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν διάφορες αποστάσεις, από πολύ κοντά έως πολύ μακριά.
Τώρα πλέον, οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν στο οπλοστάσιό τους ένα άλλο εργαλείο το οποίο μετράει το Σύμπαν. Μια πρόσφατη μελέτη του Κέντρου Αστροφυσικής (Center for Astrophysics-CfA) εξέτασε μετρήσεις ακτίνων Χ από 2332 Κβάζαρ στον κατάλογο πηγών Chandra που συντάχθηκε από το εξαιρετικά παραγωγικό διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ Chandra της NASA, έναντι της φωτεινότητάς τους στην υπεριώδη ακτινοβολία όπως φαίνεται στην έρευνα Sloan Digital Sky Survey. Η ομάδα ανακάλυψε μια στενή συσχέτιση μεταξύ των δύο παραγόντων … μια συσχέτιση που εκτείνεται πίσω στο χρόνο σε εκείνα τα κβάζαρ που υπήρχαν στο πρώιμο Σύμπαν.
Το Κβάζαρ 3c 273 στις ακτίνες Χ, μαζί με το φωτεινό του πίδακα. Εικόνα: Διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ Chandra της NASA.
"Βλέπουμε μια σχέση μεταξύ ακτίνων Χ και υπεριώδους φωτεινότητας. Αυτή η σχέση είναι πολύ γνωστή και χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια", δήλωσε στον επιστημονικό ιστότοπο Universe Today η αστροφυσικός Francesca Civano (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian). "Πρόσφατες μελέτες από τους Risaliti, Lusso και τους συνεργάτες τους διαπιστώνουν ότι η σχέση αυτή δεν εξελίσσεται με την ερυθρομετατόπιση και ως εκ τούτου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ίδια σχέση χρησιμοποιώντας ακριβώς τις ροές χρησιμοποιώντας τες για να υπολογίσουμε την απόσταση των αντικειμένων".
Όποια κι αν είναι τα κβάζαρ, είναι ένα εξωτικό χαρακτηριστικό του πρώιμου Σύμπαντος που δεν βλέπουμε σήμερα στον κοντινό μας σύμπαν. Το πρώτο κβάζαρ που ανακαλύφθηκε ήταν 3C 273 το 1963. Με μεγάλη ερυθρομετατόπιση (z = 0,158) οι αστρονόμοι ήξεραν ότι κοιτούσαν κάτι εξαιρετικά μακρινό και ως εκ τούτου εγγενώς φωτεινό. Για να πάρετε μια ιδέα του πόσο φωτεινό είναι στην πραγματικότητα το 3C 273, έχει απόλυτο μέγεθος -27. Δηλαδή, αν το τοποθετούσατε σε απόσταση 10 Παρσέκ (32,6 έτη φωτός) μακριά, θα ανταγωνιζόταν σε φωτεινότητα τον Ήλιο στον ουρανό (και θα σήμαινε μια κακή μέρα για τη Γη, αν ήταν τόσο κοντά!)
Το πρώτο "σκαλοπάτι" στη σκάλα της κοσμικής απόστασης είναι η παράλλαξη, όπου χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από δύο διαφορετικά σημεία στο διάστημα και βασική τριγωνομετρία μπορούμε να μετρήσουμε μια (σχετικά κοντινή) απόσταση. Η χρήση της τροχιάς της Γης ως βασική γραμμή είναι επίσης η βάση για το Παρσέκ (parsec) το οποίο είναι ένα μέτρο απόστασης, μήκους 3,26 ετών φωτός.
Αλλά η παράλλαξη δεν θα σας πάει και τόσο μακριά. Το επόμενο κριτήριο για την απόσταση ανακαλύφθηκε από την Αμερικανίδα αστρονόμο Henrietta Swan Levitt, ενώ εξέταζε μεταβλητά αστέρια στο μικρό νέφος του Μαγγελάνου το 1912. Παρατήρησε ότι ένας συγκεκριμένος τύπος αστέρα ο οποίος είναι γνωστός ως μεταβλητός Κηφείδας πάλλονταν με μεταβαλλόμενο με τρόπο και το γεγονός αυτό σχετίζονταν άμεσα με τη φωτεινότητά του. Βρείτε ένα Κηφείδα σε έναν γαλαξία (όπως έκανε ο Edwin Hubble στον γαλαξία της Ανδρομέδας λίγο περισσότερο από μια δεκαετία αργότερα το 1923) και μπορείτε να μετρήσετε την απόστασή του.
Ο νόμος του Hubble, που δείχνει πώς η διαστολή της ερυθρομετατόπισης αυξάνεται με την απόσταση. Wikimedia Commons/Brews Ohare/Share-Alike 3.0 License.
(Διαβάστε και εδώ)
(Διαβάστε και εδώ)
Αλλά για μεγαλύτερες αποστάσεις, χρειάζονται πιο φωτεινά πρότυπα κηρία. Για αυτές, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν Υπερκαινοφανείς τύπου Ιa, καθώς λάμπουν και ξεθωριάζουν με έναν προβλέψιμο τρόπο. Σε τεράστιες αποστάσεις εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός, η διαστολή του σύμπαντος και η φασματοσκοπική ερυθρομετατόπιση (σημειώνεται ως z) μπαίνει στο παιχνίδι. Αυτή η σχέση (γνωστή ως νόμος του Hubble) συσχετίζει την ταχύτητα ως ανάλογη με την απόσταση λόγω της διαστολής του Σύμπαντος:
Όσο υψηλότερη είναι η ερυθρομετατόπιση, τόσο πιο μακρινό είναι το αντικείμενο.
Οι υπερκαινοφανείς τύπου Ιa πάνε πίσω στο χρόνο εως τρία δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα κβάζαρ όμως ως πρότυπα κηρία που προτείνονται στη μελέτη, φθάνουν μόλις 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, πράγμα το οποίο είναι μια τεράστια βελτίωση.
Το Κβάζαρ 3C 273, όπως απεικονίζεται από την Προηγμένη κάμερα Advanced Camera for Surveys του Διαστημικού Τηλεσκόπιου Hubble χρησιμοποιώντας έναν στεμματογράφο απόκρυψης occulting coronagraph. Εικόνα NASA/ESA.
Τα κβάζαρ έχουν ένα άλλο πλεονέκτημα, καθώς εκατοντάδες χιλιάδες από αυτά έχουν ανακαλυφθεί τα τελευταία χρόνια. Ως πρότυπο κηρίο, παρέχουν όχι μόνο μια καλή αλληλοεπικάλυψη με πιο μακρινούς υπερκαινοφανείς τύπου Ιa, αλλά είναι επίσης ένας καλός εφεδρικός έλεγχος για την απόσταση, καθώς αποτελούν χωριστά ξεχωριστές κοσμολογικές διεργασίες.
Επόμενες έρευνες για τον ουρανό, όπως το Αστεροσκοπείο Vera Rubin και τα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ που υπάρχουν ήδη στο διάστημα, όπως το NuSTAR και το Chandra, αναμένεται να ανακαλύψουν περισσότερα κβάζαρ στο πρώιμο Σύμπαν, δοκιμάζοντας τη χρήση τους ως πρότυπα κηρία.
"Πρέπει να λαμβάνουμε ολοένα και καλύτερα δεδομένα, ιδίως στις ακτίνες Χ για να μειώσουμε τις αβεβαιότητες στη μέτρηση της ροής των ακτίνων Χ η οποία είναι και αυτή που προκαλεί τη μεγαλύτερη διασπορά στη σχέση ακτίνων Χ και υπεριώδους ακτινοβολίας και συνεπώς δημιουργεί μεγαλύτερες αβεβαιότητες στη μέτρηση της απόστασης ", δηλώνει η Civano. "Επιπλέον, θα ήταν ωραίο να υπάρχουν περισσότερα κβάζαρ με χαμηλή ερυθρομετατόπιση, έτσι ώστε η προσαρμογή στις κοσμολογικές παραμέτρους να μπορεί να γίνει ανεξάρτητη σε όλο το εύρος της ερυθρομετατόπισης από υπερκαινοφανή".
Παρατηρώντας ένα Κβάζαρ
Μπορείτε, με λίγη επιδεξιότητα και ενα σκοτεινό ουρανό, να παρατηρήσετε το κβάζαρ 3C 273 από την περιοχή σας με ένα τηλεσκόπιο μεγάλου μεγέθους. Με φαινόμενο μέγεθος +12,9 δεν θα μοιάζει πολύ περισσότερο από ένα αμυδρό αστέρι… αλλά είναι εκπληκτικό να πιστεύεις ότι βλέπεις φωτόνια που άφησαν την πηγή τους πριν από 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια (!) Πίσω στους πανάρχαιους αιώνες στη Γη, γύρω από έναρξη του λεγόμενου "Μεγάλου Γεγονότος Οξείδωσης* (Great Oxygenation Event).
Το ευρύ οπτικό πεδίο για το κβάζαρ 3C 273. Εικόνα: Stellarium.
Οι συντεταγμένες για το 3C 273 είναι:
Ορθή αναφορά α (R.A.): 12H 29 ’07,“
Απόκλιση δ (Dec): 02 μοίρες 03 ’09”.
Και να σκεφτούμε ότι σε λίγο περισσότερο από μισό αιώνα από την ανακάλυψη τους, τα κβάζαρ έχουν περάσει από αινιγματικά αντικείμενα σε πρότυπα κηρία για την εξερεύνηση του πρώιμου Σύμπαντος.
Η Εικόνα στην αρχή του άρθρου: Καλλιτεχνική άποψη του μακρινού κβάζαρ P172+18 και τους ραδιό-πιδακές του. Δικαιώματα: Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος - ESO
------------*------------
*Το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης, που μερικές φορές ονομάζεται και το Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης, ήταν μια χρονική περίοδος όπου η ατμόσφαιρα της Γης και ο ρηχός ωκεανός γνώρισε για πρώτη φορά αύξηση οξυγόνου, περίπου 2,4-2,0 Ga κατά την Παλαιοπροτεροζωική εποχή.
------------*------------
Πηγή: universetoday
