Ο προσδιορισμός της απόστασης των γαλαξιών από το ηλιακό μας σύστημα είναι μια δύσκολη επιχείρηση. Στο παρελθόν, αυτή η διαδικασία βασίστηκε στην εύρεση αστεριών σε άλλους γαλαξίες των οποίων η απόλυτη απόδοση φωτός ήταν μετρήσιμη. Μετρώντας τη φωτεινότητα αυτών των αστεριών, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ερευνήσουν ορισμένους γαλαξίες που βρίσκονται 300 εκατομμύρια έτη φωτός από εμάς.
Ωστόσο, αναπτύχθηκε μια νέα και πιο ακριβής μέθοδος, χάρη σε μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Δρ. Sebastian Hoenig από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον. Παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούν οι επιθεωρητές γης εδώ στη Γη, μέτρησαν τη φυσική και γωνιακή (ή εμφανής) μέγεθος ενός τυπικού χάρακα στον γαλαξία για τη βαθμονόμηση των μετρήσεων απόστασης.
Ο Hoenig και η ομάδα του χρησιμοποίησαν αυτή τη μέθοδο στο Παρατηρητήριο WM Keck, κοντά στη σύνοδο κορυφής της Mauna Kea στη Χαβάη, για να προσδιορίσουν με ακρίβεια για πρώτη φορά την απόσταση από τον γαλαξία NGC 4151 - αλλιώς γνωστό στους αστρονόμους ως το "Eye of Sauron". Ο γαλαξίας NGC 4151, ο οποίος ονομάζεται "Eye of Sauron" από τους αστρονόμους για την ομοιότητά του με την απεικόνιση του Sauron στην τριλογία "Ο Άρχοντας των Δαχτυλιδιών", είναι σημαντικός για την ακριβή μέτρηση των μαζών των μαύρων οπών.
Οι αποστάσεις που αναφέρθηκαν πρόσφατα κυμαίνονται από 4 έως 29 megaparsecs, αλλά χρησιμοποιώντας αυτήν τη νέα μέθοδο οι ερευνητές υπολόγισαν μια απόσταση 19 megaparsecs έως την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Πράγματι, όπως στο διάσημο έπος, ένα δαχτυλίδι παίζει καθοριστικό ρόλο σε αυτή τη νέα μέτρηση. Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει ότι όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες στο σύμπαν έχουν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο τους. Και περίπου στο ένα δέκατο όλων των γαλαξιών, αυτές οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συνεχίζουν να αυξάνονται καταπιώντας τεράστιες ποσότητες αερίου και σκόνης από τα περιβάλλοντα περιβάλλοντά τους.
Σε αυτή τη διαδικασία, το υλικό θερμαίνεται και γίνεται πολύ φωτεινό - γίνεται η πιο ενεργητική πηγή εκπομπών στο σύμπαν γνωστό ως ενεργός γαλαξιακός πυρήνας (AGN).
Η θερμή σκόνη σχηματίζει ένα δακτύλιο γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία, την οποία οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως χάρακα. Ωστόσο, το φαινομενικό μέγεθος αυτού του δακτυλίου είναι τόσο μικρό που οι παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας υπέρυθρη ενδομετρία για να συνδυάσουν τα δίδυμα τηλεσκόπια των 10 μέτρων του Παρατηρητηρίου W. Keck, για να επιτευχθεί η ισχύς ανάλυσης ενός τηλεσκοπίου 85 μέτρων.
Για να μετρήσουν το φυσικό μέγεθος του σκονισμένου δακτυλίου, οι ερευνητές μέτρησαν τη χρονική καθυστέρηση μεταξύ της εκπομπής φωτός από πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα και της υπέρυθρης εκπομπής. Αυτή η καθυστέρηση είναι η απόσταση που πρέπει να διανύσει το φως (με την ταχύτητα του φωτός) από κοντά στη μαύρη τρύπα μέχρι την καυτή σκόνη.
Συνδυάζοντας αυτό το φυσικό μέγεθος του δακτυλίου σκόνης με το φαινόμενο μέγεθος που μετρήθηκε με τα δεδομένα από το συμβολόμετρο Keck, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν την απόσταση από τον γαλαξία NGC 4151.
Όπως είπε ο Δρ Hoenig: «Ένα από τα βασικά ευρήματα είναι ότι η απόσταση που καθορίζεται με αυτόν τον νέο τρόπο είναι αρκετά ακριβής - με μόνο περίπου 10% αβεβαιότητα. Στην πραγματικότητα, εάν το τρέχον αποτέλεσμα για το NGC 4151 ισχύει για άλλα αντικείμενα, μπορεί δυνητικά να κτυπήσει οποιαδήποτε άλλη τρέχουσα μέθοδο για να φτάσει στην ίδια ακρίβεια για να καθορίσει τις αποστάσεις για απομακρυσμένους γαλαξίες με βάση απλές γεωμετρικές αρχές. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα σε πολλές περισσότερες πηγές από την τρέχουσα πιο ακριβή μέθοδο. "
«Αυτές οι αποστάσεις είναι το κλειδί για τον προσδιορισμό των κοσμολογικών παραμέτρων που χαρακτηρίζουν το σύμπαν μας ή για την ακριβή μέτρηση των μαζών των μαύρων οπών», πρόσθεσε. «Πράγματι, το NGC 4151 είναι μια κρίσιμη άγκυρα για τη βαθμονόμηση διαφόρων τεχνικών για την εκτίμηση των μαζών των μαύρων οπών. Η νέα μας απόσταση υποδηλώνει ότι αυτές οι μάζες μπορεί να έχουν υποτιμηθεί συστηματικά κατά 40%. "
Ο Δρ Hoenig, μαζί με συναδέλφους στη Δανία και την Ιαπωνία, δημιουργεί ένα νέο πρόγραμμα για να επεκτείνει τη δουλειά τους σε πολλά περισσότερα AGN. Ο στόχος είναι να προσδιορίσουμε ακριβείς αποστάσεις με δώδεκα γαλαξίες με αυτόν τον νέο τρόπο και να τις χρησιμοποιήσουμε για να περιορίσουμε τις κοσμολογικές παραμέτρους σε λίγα τοις εκατό. Σε συνδυασμό με άλλες μετρήσεις, αυτό θα παρέχει καλύτερη κατανόηση της ιστορίας της επέκτασης του σύμπαντος μας.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε την Τετάρτη 26 Νοεμβρίου στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού Φύση.
