Kvasarer som de nye kosmiske standardlys

I 1929, Edwin Hubble offentliggjorde observationer om, at galaksernes afstande og hastigheder er korrelerede, med afstandene bestemt ved hjælp af deres Cepheid-stjerner. Harvard-astronomen Henrietta Swan Leavitt havde opdaget, at en Cepheid-stjerne varierer periodisk med en periode, der er relateret til dens iboende lysstyrke. Hun kalibrerede effekten, og da Hubble sammenlignede de beregnede værdier med hans observerede lysstyrker, var han i stand til at bestemme deres afstande. Men selv i dag kan kun Cepheid-stjerner i relativt nærliggende galakser studeres på denne måde. For at udvide afstandsskalaen tilbage til tidligere tider i den kosmiske historie, astronomer har brugt supernovaer (SN) - massive stjerners eksplosive dødsfald - som kan ses på meget større afstande. Ved at sammenligne den observerede lysstyrke af en SN med dens iboende lysstyrke, baseret på dens klassificering, astronomer er i stand til at bestemme dens afstand; sammenligner det med værtsgalaksens hastighed (dens rødforskydning, målt spektroskopisk) giver "Hubble-forholdet", der relaterer galaksens hastighed til dens afstand. De mest pålidelige supernovaer til dette formål, på grund af deres kosmiske ensartethed, er såkaldte "Type Ia" supernovaer, som menes at være "standard stearinlys, " alle har den samme iboende lysstyrke. Men selv SN bliver sværere at studere på denne måde, da de ligger længere væk; til dato stammer den fjerneste Type Ia SN med en pålidelig hastighedsbestemmelse fra en epoke omkring 3 milliarder år efter big bang.

CfA astronomer Susanna Bisogni, Francesca Civano, Martin Elvis og Pepi Fabbiano og deres kolleger foreslår at bruge kvasarer som et nyt standardlys. De fjerneste kendte kvasarer er blevet set fra en æra kun omkring syv hundrede millioner år efter big bang, dramatisk udvide rækken af ​​standard rødforskydninger. En anden fordel ved kvasarer er, at hundredtusindvis af dem er blevet opdaget i de sidste par år. Ikke mindst, de fysiske processer i kvasarer er forskellige fra dem i SN, giver fuldstændig uafhængige mål for kosmologiske parametre.

Den nye ordning foreslået af astronomerne er afhængig af deres opdagelse af, at røntgen- og ultraviolettemissionen i kvasarer er tæt korreleret. I hjertet af en kvasar er et supermassivt sort hul omgivet af en meget varm skive af ophobende materiale, der udsender i ultraviolet. Skiven er igen omgivet af varm gas med elektroner, der bevæger sig med hastigheder tæt på lysets, og når ultraviolette fotoner støder på disse elektroner, bliver deres energi boostet ind i røntgenstrålerne. Holdet, bygger på deres tidligere metoder, analyseret røntgenmålinger af 2332 fjerne kvasarer i det nye Chandra Source Catalog og sammenlignet dem med ultraviolette resultater fra Sloan Digital Sky Survey. De fandt ud af, at den tætte sammenhæng, der allerede er kendt for at eksistere mellem den ultraviolette og røntgenstrålende lysstyrke af lokale kvasarer, fortsætter i fjerne kvasarer, tilbage over 85% af universets alder, bliver endnu strammere i tidligere tider. Implikationen er, at disse to størrelser kan bestemme afstanden af ​​hver kvasar, og disse afstande kan så bruges til at teste kosmologiske modeller. Hvis resultaterne bekræftes, de vil give astronomer et dramatisk nyt værktøj til at måle egenskaberne af det udviklende univers.