Szauron szemével pontosabb a távolság

A Keck teleszkópok interferometrikus üzemmódjában egy új eljárásnak köszönhetően sokkal pontosabban sikerült megmérni a „Szauron szeme” néven is ismert NGC 4151 jelű galaxis távolságát.

Sebastian Hoenig (University of Southampton) és munkatársai a Keck teleszkópok interferometrikus üzemmódjában végzett infravörös mérések alapján egy új eljárás segítségével az eddiginél jóval pontosabban tudták meghatározni az NGC 4151 katalógusjelű, a formája alapján „Szauron szeme” néven is ismert galaxis centrumában helyet foglaló szupernagy tömegű fekete lyukat körbevevő porgyűrű távolságát.

A módszer a látszó szögátmérő és a fizikai méret összevetésén alapul, amit a földmérők is gyakran alkalmaznak. Jelen esetben a galaxis egy objektumának valódi méretét kellett meghatározni, amit aztán össze lehetett hasonlítani annak megmért szögátmérőjével. Ez utóbbihoz volt szükség a Keck teleszkópok interferometrikus üzemmódjára, amelyben a két távcsőből álló rendszer felbontóképessége egy 85 méteres (fiktív) teleszkópénak felel meg. Az új eljárás segítségével az eddig 4 és 29 megaparszek között szóró távolságadatokat 19 megaparszekre pontosították, amelynek hibája Hoenig szerint mindössze 10 százalék.

Mint a híres trilógiában, a gyűrű itt is jelentős szerepet játszott. Jelenlegi tudásunk szerint az univerzum minden nagy galaxisának középpontjában egy hatalmas fekete lyuk foglal helyet, és tízből egy esetben ez a szupernagy tömegű fekete lyuk a környezetéből nagy mennyiségű por- és gázanyagot beszippantva állandóan növekszik. A folyamat során az anyag rendkívüli módon felmelegszik, aminek következtében ezek az aktív galaxismagok (active galactic nuclei, AGN) az univerzum legnagyobb intenzitással sugárzó forrásai. A kutatók a fekete lyukat gyűrű alakban körbeölelő forró port használták olyan méterrúdként, amelynek mind a valódi, mind a látszó átmérőjét, ezáltal pedig a távolságát is meg lehet határozni.

A porgyűrű fizikai méretét a fekete lyuk közvetlen közelében keletkező sugárzás és a gyűrű ezen sugárzás által indukált infravörös fénykibocsátása közötti időeltolódásból származtatták. A késleltetést az okozza, hogy a sugárzásnak fénysebességgel haladva időre van szüksége, hogy elérjen a központi részből a gyűrűig. Az így meghatározott fizikai méretet az interferométer által szolgáltatott szögátmérővel összevetve megkapható a gyűrű, illetve az azt tartalmazó galaxis távolsága is.

A viszonylag közeli galaxisok távolságának minél pontosabb meghatározása alapvető jelentőséggel bír az univerzumunkat jellemző kozmológiai paraméterek értékének rögzítésében, vagy akár a fekete lyukak tömegének pontos mérésében is. Az NGC 4151 szerepe pedig kiemelkedő a központi fekete lyukak tömegének meghatározására szolgáló különböző eljárások kalibrálásában, összevetésében. Hoenig szerint az új távolságadat fényében úgy tűnik, a tömegértékeket eddig szisztematikusan mintegy 40 százalékkal alulbecsülték.

Hoenig dán és japán munkatársaival most azt tervezi, hogy a programot több aktív galaxismagra is kiterjeszti. A cél az, hogy az új eljárással több tucat galaxis távolságát határozzák meg az eddiginél pontosabban, a kozmológiai paraméterek értékeit néhány százalékos hibával származtatva így, ami más mérésekkel kombinálva az univerzum tágulásának jobb megértését eredményezi.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2014. november 27-ei számában jelent meg.