Иллюстрация сближения квазаров в сливающихся галактиках. Источник: NASA
Для оценки скорости расширения Вселенной астрономы используют связь между расстоянием и скоростью удаления объекта, которую определяют по красному смещению. Особую сложность традиционно вызывают пары квазаров — галактик с яркими ядрами, находящихся на грани столкновения. Исследователи из Университета Альберты разработали более точный способ измерения расстояния между двойными квазарами, что позволяет снизить неопределённость при оценке космического расширения.
Квазары представляют собой мощные и долгоживущие источники излучения, питаемые сверхмассивными чёрными дырами в центрах галактик. Аккреционные диски и джеты этих чёрных дыр приводят к тому, что ядра галактик на время затмевают все звёзды своих дисков. При слиянии галактик объединяются и их центральные области, формируя ещё более крупные сверхмассивные чёрные дыры.
Работу возглавил доктор Хуанцин Чэнь, доцент астрофизики кампуса Августана Университета Альберты. В исследовании также участвовали Камилла Авеструз из Института теоретической физики Лейнвебера и Университета Мичигана, а также Джейкоб Вист, аспирант программы астрономии и астрофизики Мичиганского университета. Статья с результатами опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Скорость удаления галактики определяют по излучению газовых облаков внутри неё. Для пар квазаров это затруднено: активные сверхмассивные чёрные дыры выталкивают газ наружу так быстро, что измеренная скорость заметно отличается от реальной скорости галактики. Это создаёт ошибки в измерении расстояния вдоль луча зрения, достигающие 10 миллионов световых лет. Как пояснил Чэнь в пресс-релизе Университета Альберты, когда мы видим два близких квазара на изображении, мы наблюдаем проекцию трёхмерной Вселенной, поэтому расстояние между ними по небу известно очень точно, а вдоль луча зрения остаётся большой неопределённостью. По его словам, возможность измерить истинное физическое расстояние важна для определения времени слияния галактик, содержащих квазары.
В качестве альтернативы исследование проверило эффект близости квазаров (Quasar Proximity Effect, QPE). Этот метод анализирует линии поглощения водорода в областях газа вокруг квазара, которые подсвечиваются и нагреваются его излучением. Нагретый газ становится прозрачным, и эту область видно в спектре квазара. С помощью моделирования и алгоритмов команда применила метод к измерению расстояний между парами квазаров. Чэнь сравнил это с двумя лампочками: если они стоят в одной точке, видна одна яркая область, а если одна находится позади другой, появляется второй яркий участок, и расстояние до него указывает на дистанцию между лампами. Для квазаров прозрачные области используются таким же образом.
Результаты показали, что новый метод даёт более точные оценки расстояния, чем обычные измерения по красному смещению. Если традиционный подход имеет погрешность в десятки миллионов световых лет, то новый позволяет определить физическое расстояние между парой квазаров с точностью до полумиллиона световых лет. Хотя метод тестировался на смоделированных данных, его можно применять к уже имеющимся данным о парах квазаров, не требуя новых наблюдений. «Такие наблюдения могут занимать годы, если их вообще удастся получить, — сказал Чэнь. — Этот метод позволит астрономам определить истинное расстояние между квазарами без второго наблюдения. Подход заслуживает дальнейшего изучения, поскольку в нём заложен большой потенциал». Следующий шаг команды — проверить, как повысить точность метода с помощью более мелких деталей в реальных спектрах квазаров.