Gökbilimciler kuasarların ilk geometrik mesafe ölçümünü gerçekleştirdi
Kuasarların geometrik uzaklık ölçümü, son derece yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip gözlemler gerektirir ve yalnızca parazit yoluyla Rayleigh sınırının kırılmasıyla elde edilebilir. GRAVITY cihazı, Avrupa Güney Gözlemevi tarafından yaklaşık 100 milyon Euro'luk bir maliyetle tamamlanan ve on yıllık bir süre içinde tamamlanan bir terminal enstrümanıdır.Dünyanın en gelişmiş Çok Büyük Teleskop Optik Girişim Dizisi (VLTI) üzerine monte edilmiştir. Yakın kızılötesi bantta 10 mikro ark saniyeye kadar bir alan sağlar. Kalibre 1'e eşdeğer çözünürlük 30 Metrelerin teleskopları, dış gezegenlerin, galaktik kara deliklerin ve mikro yerçekimi merceklerinin araştırma alanlarında çok sayıda bilimsel araştırma sonucu elde etti ve insanın evren anlayışını sürekli yeniledi. GRAVITY ekibi, 2017 ve 2018 yılları arasında, kuasar 3C 273'ün geniş hat bölgesinin açısal çapını 46 mikro arksaniye olarak başarıyla ölçtü ve bu, şu anda aktif galaksinin çekirdeğinin geniş hatlı bölgesinin en yüksek uzamsal çözünürlük gözlemi.
Geometrik aralık belirleme yönteminin, kuasarın geniş çizgi alanının kesin fiziksel ölçeğini de elde etmesi gerekir; bu, kuasarın emisyon çizgisi ışık değişimi ile sürekli spektrum ışık değişimi arasındaki gecikmeyi gözlemleyerek (yani, yankılama haritalama gözlemi) elde edilebilir. Wang Jianminin ekibi, 2012 yılından bu yana aktif galaktik çekirdeğin geniş hatlı bölgesinin uzun vadeli spektral izlemesi için Lijiangın 2,4 metrelik teleskopunu kullanıyor. Yankılanma haritalama gözlem teknolojisini kullanarak, süper Eddington yığılmasının aktif galaktik çekirdeğinin özel özelliklere sahip olduğunu keşfettiler. Emisyon çizgisi ile sürekli spektrum ışık değişimi arasındaki gecikme kısaltılır ve karadelik doygunluk parlaklığı mevcuttur.Bu fenomen ABD Sloan Sky Survey tarafından onaylanmıştır. Son on yılda ekip, geniş hat alanının fiziksel ölçeğini, gaz geometrisini ve geniş hat alanının gücünü elde etmek için maksimum entropi, Markov zinciri Monte Carlo ve diğer yöntemlerle sistematik olarak çeşitli gerekli analiz yöntemleri ve yazılımları geliştirdi. Bilim durumu ve merkezdeki kara deliğin kütlesinin ölçülmesi, kara deliğin kütlesinin ve kozmolojik mesafenin yüksek hassasiyetli ölçümü için sağlam bir temel oluşturdu.
Şekil (a), Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskopu'nun bir fotoğrafıdır; Şekil (b), Wang Jianmin'in ekibi tarafından sağlanan, Yunnan Gözlemevindeki Lijiang 2.4 metrelik teleskobunun bir fotoğrafıdır; Şekil (c), Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Steward Gözlemevi'nde bulunan 2.3 metrelik Bok teleskopunun bir fotoğrafıdır.
GRAVITY ekibi, quasar 3C 273'ün interferometrik gözlemlerinin sonuçlarını yayınladıktan sonra, Wang Jianmin ekibi, iki bağımsız gözlem verisi seti arasındaki tamamlayıcılığın son derece farkındaydı: GRAVITY geniş-çizgi alanının açılma açısını gözlemlerken, yankılanma haritalaması fiziksel Her ikisi de boyut Birleştirmek Yüksek hassasiyetli aralıklar elde edebilir. Ekip, GRAVITY girişim verilerini akıllıca kullanarak Birleştirmek Çin Bilimler Akademisi Yunnan Gözlemevi'ndeki Lijiang 2.4 metrelik teleskopun ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Steward Gözlemevi'ndeki Bok 2.3 metrelik teleskopun 10 yıllık yanıt haritalama verileri, modelleme yoluyla kapsamlı bir şekilde analiz edildi ve 3C 273'ün açısal mesafesi
Hubble sabiti
. Sadece 3C 273'teki tek bir kuasarın gözlem verisiyle, Hubble sabiti ölçümünün istatistiksel hatası sadece% 16'dır.
3C 273, Cepheid değişken yıldızlarının kullanıldığı mesafe ölçüm yönteminin sınırlarının çok ötesinde, Dünya'dan yaklaşık 2 milyar ışıkyılı uzaklıktadır. Wang Jianminin ekibi GRAVITY / VLTI gözlemlerini ve yansıma haritalama gözlemlerini birleştirerek kuasarların mesafesinin doğrudan ölçümünü gerçekleştirerek Hubble Constant krizini çözmek için yeni bir yöntem sağladı. Bu yöntem, mevcut herhangi bir mesafe adımına dayanmaz ve geleneksel araçların gerektirdiği yok olma, kızarıklık ve standardizasyon gibi düzeltmelere dayanmaz ve sistematik hatalar, evrenin geometrisini doğru bir şekilde ölçmek, genişleme hızını ve evrenin tarihini incelemek için gözlemlenebilir ve test edilebilir. Yeni bir yol açtı.
Şekil (a), sürekli spektrum, emisyon çizgisinin ışık eğrisi ve yankılama haritalama gözlemi ile elde edilen uydurma sonuçlarıdır; Şekil (b), GRAVITY gözleminin emisyon çizgisi profili, zayıf faz eğrisi ve uydurma sonuçlarıdır; Şekil (c 3C 273 mesafesinin, geniş çizgi alanının yarıçapının ve kara deliğin uydurma ile elde edilen kütlesinin olasılık dağılımıdır. Wang Jianmin'in ekibi tarafından sağlanan resim
Şu anda GRAVITY ekibi ve Wang Jianmin'in ekibi, numuneyi gözlemlemek ve genişletmek için aktif olarak işbirliği yapıyor. GRAVITYnin mevcut gözlem yeteneklerine göre, yaklaşık 50 aktif galaktik çekirdek, GRAVITY-yankılanma haritalama eşli gözlem hedefleri olarak kullanılabilir. "Hubble Sabit Krizi" ni çözmek için önümüzdeki birkaç yıl içinde Hubble Sabitinin ölçüm doğruluğunun% 2'nin üzerine çıkarılması beklenmektedir. "Bağımsız ve doğru ölçüm sağlayın. Önümüzdeki 5 yıl içinde, yeni nesil GRAVITY'nin gözlemsel yetenekleri büyük ölçüde geliştirilecek. O zaman, z = 3'e kadar kırmızıya kaymalarla kuasarların mesafe ölçümünü gerçekleştirebilecek, geniş bir kırmızıya kayma aralığı-kırmızıya kayma ilişkileri kurabilecek ve ha'yı doğrudan ölçebilecek Bo parametreleri, evrenin genişleme geçmişini inceleyin ve kozmolojik modelleri test edin. Bu, kozmoloji, karanlık madde ve karanlık enerji ve yeni fizik hakkındaki derin anlayışımızı açacak.
Bu araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nın büyük bir projesi ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın önemli bir özel projesi tarafından desteklenmiştir.
arkaplan bilgisi
Kozmoloji, yüksek hassasiyetli mesafe ölçümüne dayanır. 1920'lerde Amerikalı gökbilimci E. Hubble, evrenin genişlediğini keşfetti: çoğu galaksi bizden uzaklaşıyor ve geri gitme hızı (kırmızıya kayma) galaksinin uzaklığıyla orantılı. Bu orantılılık katsayısı artık Hubble sabiti olarak adlandırılıyor ve evrenin mevcut genişleme oranını temsil ediyor. Gözlemsel kozmolojinin özlerinden biri uzaklık-kırmızıya kayma ilişkisinin ölçülmesidir.Evrenin genişlemesinin tarihini tanımlar, evrenin yaşı, geometrisi ve bileşimi hakkındaki temel soruları doğrudan yanıtlayabilir ve hatta birçok yeni fizik tahminini test edebilir. Astronomik gözlemlerde, uzaktaki gök cisimlerinin kırmızıya kaymaları doğru bir şekilde elde edilebilir, ancak doğru mesafe ölçümü her zaman gökbilimciler için en büyük sorun olmuştur.
Geleneksel mesafe ölçüm araçları esas olarak Cepheid değişken yıldızlar ve Tip Ia süpernovalarıdır. Hubble yasasının keşfinin ilk günlerinde, mesafe ölçümü esas olarak Amerikalı gökbilimci H.S. Leavitt tarafından 1912'de keşfedilen Cepheid değişken yıldızlarındaki çevresel ışık ilişkisine dayanıyordu, yani ışık değişim süresi parlaklık ile orantılıdır. Bu nedenle, Sefeid değişken yıldızının periyodu ölçülerek mutlak parlaklık hesaplanabilir ve ardından mesafe tahmin edilebilir. Bu yöntemin güçlü bir canlılığı vardır ve 100 yıldan daha uzun bir süre öncesine kadar mesafe ölçümü için hala ana araçlardan biridir. Şu anda, gökbilimcilerin gözlemlediği en uzak Cepheid değişken yıldızı, Dünya'dan 29 Mpc (yaklaşık 100 milyon ışıkyılı) uzaklıktadır. Daha uzak olan Sefeid değişken yıldızı gözlemlenemeyecek kadar karanlıktır ve bu araç, yok olma ve kızarıklıktan etkilenir. Neyse ki, ünlü Chandrasekhar beyaz cüce kütle sınırına dayanarak, Ia süpernovasının standart bir mum olarak kullanılabileceği ve daha uzun mesafeleri ölçmek için yeni bir kapı açtığı keşfedildi. Süpernovanın patladığında parlaklığı çok yüksektir, tüm galaksinin parlaklığı ile karşılaştırılabilir ve gökbilimcilerin Cepheid değişken yıldızlarından daha uzak mesafeleri ölçmelerine olanak tanır. Bu yöntemle S. Perlmutter, B. Schmidt ve A. Riess, yüksek kırmızıya kaymalı süpernova örneklerini ölçtüler, mesafe-kırmızıya kayma ilişkisini elde ettiler ve evrenin hızlandırılmış genişlemesini ve karanlık enerjisini keşfettiler. 2011'de kazandılar Nobel Fizik Ödülü. Cepheid değişken yıldız aralığına benzer şekilde, parlaklığı içerdiğinden, bu yöntem de yok olma ve kızarıklık için düzeltmelere dayanır ve ayrıca Phillips ilişkisinin standardizasyon süreci ile sınırlıdır.
20. yüzyılda bir başka önemli buluş, astronomiyi "hassas kozmoloji" çağına getiren kozmik mikrodalga fon radyasyonu idi. Parametrik bir kozmolojik model verildiğinde, Hubble sabiti dahil kozmolojik parametreler, mikrodalga arka plan radyasyonunun anizotropisinden elde edilebilir. Bununla birlikte, gözlem doğruluğunun iyileştirilmesiyle, geleneksel yöntem ile mikrodalga arka plan radyasyonu tarafından verilen Hubble sabiti arasında 4,4'ya kadar bir sapma olmuştur. Buna "Hubble Sabit Krizi" denir. Bu kriz, ya gözlemlerin bilinmeyen faktörlerden etkilendiği ya da standart kozmoloji modelinin gözden geçirilmesi gerektiği ve yeni fiziğin buna gömülmesinin muhtemel olduğu anlamına gelir. Böyle bir dönüm noktasında, gökbilimcilerin yüksek hassasiyetli yeni araçlara olan talepleri giderek daha acil hale geliyor. Yeni araç ne mevcut mesafe merdivenine ne de standart kozmolojik modele dayanmamalı, aynı zamanda mevcut ölçümlerle karşılaştırılabilir bir doğruluğa (yaklaşık% 2) sahip olmalıdır.
kaynak: Çin Bilimler Akademisi, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü
