Chandra X-ray Observatorys klare, skarpe fotos hjælper astrofysiker med at studere energiske sorte huller
Når en stjerne fødes eller dør, eller når et andet meget energisk fænomen opstår i universet, udsender den røntgenstråler, som er højenergiske lyspartikler, der ikke er synlige for det blotte øje. Disse røntgenbilleder er den samme slags, som læger bruger til at tage billeder af brækkede knogler inde i kroppen. Men i stedet for at se på skyggerne produceret af knoglerne, der stopper røntgenstråler inde i en person, opdager astronomer røntgenstråler, der flyver gennem rummet for at få billeder af begivenheder som sorte huller og supernovaer.
Billeder og spektre - diagrammer, der viser fordelingen af lys over forskellige bølgelængder fra et objekt - er de to vigtigste måder, astronomer undersøger universet på. Billeder fortæller dem, hvordan tingene ser ud, og hvor visse fænomener sker, mens spektre fortæller dem, hvor meget energi fotonerne eller lyspartiklerne, de samler, har. Spectra kan give dem et fingerpeg om, hvordan begivenheden, de kom fra, blev til. Når de studerer komplekse objekter, har de brug for både billeddannelse og spektre.
Forskere og ingeniører designede Chandra X-ray Observatory til at opdage disse røntgenstråler. Siden 1999 har Chandras data givet astronomer utroligt detaljerede billeder af nogle af universets mest dramatiske begivenheder.
Stjerner, der dannes og dør, skaber supernovaeksplosioner, der sender kemiske elementer ud i rummet. Chandra ser på, hvordan gas og stjerner falder ind i sorte hullers dybe tyngdekraft, og det vidner om gas, der er tusind gange varmere, end solen undslipper galakser i eksplosive vinde. Den kan se, når tyngdekraften af enorme masser af mørkt stof fanger den varme gas i gigantiske lommer.
NASA designede Chandra til at kredse om Jorden, fordi den ikke ville være i stand til at se noget af denne aktivitet fra Jordens overflade. Jordens atmosfære absorberer røntgenstråler fra rummet, hvilket er fantastisk for livet på Jorden, fordi disse røntgenstråler kan skade biologiske organismer. Men det betyder også, at selvom NASA placerede Chandra på den højeste bjergtop, ville den stadig ikke være i stand til at opdage nogen røntgenstråler. NASA var nødt til at sende Chandra ud i rummet.
Jeg er astrofysiker ved Smithsonian Astrophysical Observatory, en del af Center for Astrophysics | Harvard og Smithsonian. Jeg har arbejdet på Chandra siden før den blev lanceret for 25 år siden, og det har været en fornøjelse at se, hvad observatoriet kan lære astronomer om universet.
Supermassive sorte huller og deres værtsgalakser
Astronomer har fundet supermassive sorte huller, som har en masse ti til 100 millioner gange vores sols, i centrum af alle galakser. Disse supermassive sorte huller sidder for det meste fredeligt, og astronomer kan opdage dem ved at se på den tyngdekraft, de udøver på nærliggende stjerner.
Men nogle gange falder stjerner eller skyer ned i disse sorte huller, hvilket aktiverer dem og får området tæt på det sorte hul til at udsende masser af røntgenstråler. Når de er aktiveret, kaldes de aktive galaktiske kerner, AGN eller kvasarer.
Mine kolleger og jeg ønskede bedre at forstå, hvad der sker med værtsgalaksen, når dens sorte hul bliver til en AGN. Vi valgte én galakse, ESO 428-G014, at se på sammen med Chandra.
En AGN kan overstråle sin værtsgalakse, hvilket betyder, at der kommer mere lys fra AGN'en end alle stjerner og andre objekter i værtsgalaksen. AGN afsætter også en masse energi inden for rammerne af sin værtsgalakse. Denne effekt, som astronomer kalder feedback, er en vigtig ingrediens for forskere, der bygger simuleringer, der modellerer, hvordan universet udvikler sig over tid. Men vi ved stadig ikke helt, hvor stor en rolle energien fra en AGN spiller i dannelsen af stjerner i dens værtsgalakse.
Heldigvis kan billeder fra Chandra give vigtig indsigt. Jeg bruger beregningsteknikker til at bygge og behandle billeder fra observatoriet, der kan fortælle mig om disse AGN'er.
Det aktive supermassive sorte hul i ESO 428-G014 producerer røntgenstråler, der belyser et stort område, der strækker sig så langt som 15.000 lysår væk fra det sorte hul. Det grundlæggende billede, som jeg genererede af ESO 428-G014 med Chandra-data, fortæller mig, at området nær midten er det lyseste, og at der er et stort, aflangt område med røntgenstråling.
De samme data, med en lidt højere opløsning, viser to adskilte områder med høj røntgenstråling. Der er et "hoved", som omslutter midten, og en let buet "hale", der strækker sig ned fra dette centrale område.
Jeg kan også behandle dataene med en adaptiv udjævningsalgoritme, der bringer billedet i en endnu højere opløsning og skaber et klarere billede af, hvordan galaksen ser ud. Dette viser gasskyer omkring det lyse centrum.
Mit team har været i stand til at se nogle af de måder, hvorpå AGN interagerer med galaksen. Billederne viser nukleare vinde, der fejer over galaksen, tætte skyer og interstellar gas, der reflekterer røntgenlys, og jetfly, der skyder ud radiobølger, der opvarmer skyer i galaksen.
Disse billeder lærer os, hvordan denne feedback-proces fungerer i detaljer, og hvordan man måler, hvor meget energi en AGN afsætter. Disse resultater vil hjælpe forskere med at producere mere realistiske simuleringer af, hvordan universet udvikler sig.
De næste 25 år med røntgenastronomi
Året 2024 er det 25. år siden Chandra begyndte at observere himlen. Mine kolleger og jeg er fortsat afhængige af Chandra for at besvare spørgsmål om universets oprindelse, som intet andet teleskop kan.
Ved at forsyne astronomer med røntgendata supplerer Chandras data information fra Hubble-rumteleskopet og James Webb-rumteleskopet for at give astronomerne unikke svar på åbne spørgsmål inden for astrofysik, såsom hvor de supermassive sorte huller, der findes i centrum af alle galakser, kom fra.
Til dette særlige spørgsmål brugte astronomer Chandra til at observere en fjern galakse, som først blev observeret af James Webb Space Telescope. Denne galakse udsendte det lys, som Webb fangede for 13,4 milliarder år siden, da universet var ungt. Chandras røntgendata afslørede et lyst supermassivt sort hul i denne galakse og antydede, at supermassive sorte huller kan dannes af de kollapsende skyer i det tidlige univers.
Skarp billeddannelse har været afgørende for disse opdagelser. Men Chandra forventes kun at vare 10 år mere. For at holde søgen efter svar i gang, bliver astronomer nødt til at begynde at designe et "super Chandra" røntgenobservatorium, der kan efterfølge Chandra i fremtidige årtier, selvom NASA endnu ikke har annonceret nogen faste planer om at gøre det.
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Franske astronomer udforsker superklyngen PLCK G334.8-38.0Røntgen- og tSZ-emission af triplet-cluster-systemet PLCK G334.8-38.0. Kredit:Kolodzig et al., 2021. Ved at bruge ESAs XMM-Newton-teleskop, et hold franske astronomer har udført en røntgenundersøg -
Et par skridt tættere på Europa:Rumfartøjets hardware gør fremskridtForberedelse af Europa Clippers fremdrivningstanke. Kredit:NASA/GSFC Denny Se nærmere på den komplekse koreografi, der er involveret i at bygge NASAs Europa Clipper, når missionen for at udforske -
Neptun:En iskæmpe med superpersoniske vindDette fotografi af Neptun blev rekonstrueret fra to billeder taget af NASAs Voyager 2 i 1998. Øverst til venstre er Great Dark Spot, en oval formet storm 8, 000 miles (13, 000 kilometer) bred. NASA/JP -
En solbluss registreret fra Spanien i 1886Tegning af Valderrama af den solopblussning, han observerede den 10. september 1886 på en solplet (med penumbraen vist med stribede linjer og umbra i sort). Det viser den haletudseformede flare. Det o