Использование активных ядер галактик для измерений расстояний в астрономии открывает небывалые перспективы новых открытий.

Активное галактическое ядро глазами художника…
…и на снимке космического телескопа Chandra

Измерение расстояний — одна из давних и до сих пор насущных проблем астрономии. Теоретически, все выглядит довольно просто: зная изначальную яркость какого-нибудь далекого объекта, достаточно измерить его видимую яркость, и по падению ее вычислить дистанцию до него — яркость падает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Уже тут мы сталкиваемся с первой задачей: узнать присущую объекту «изначальную» яркость. Для огромного большинства звезд и галактик это невозможно, и ученые используют для этого объекты, яркость которых можно вполне надежно установить. Такими «стандартными свечами» являются, например, цефеиды, переменные звезды, период пульсации которых довольно строго связан с их светимостью. Период можно замерить, установив светимость — и далее действовать по схеме. Еще один пример — сверхновые типа Iа, которые взрываются при достижении гибнущей звездой определенной массы и, как следствие, светимости.

Именно на эти «стандартные свечи» ученым приходится полагаться для определения расстояний в астрономии. И легко понять, сколь важны максимально точные сведения об используемых «стандартных свечах» (читайте: «Хитрость цефеид») — а также поиск новых, которые можно использовать. А потому довольно значительный интерес привлекла недавняя публикация работающего в Дании астронома Дэрека Уотсона (Darach Watson), который предложил совершенно новый способ определять расстояния до таких важных объектов, как активные ядра галактик.

Напомним, что такие ядра активно и мощно испускают переменное излучение в широком диапазоне спектра. Считается, что в недрах своих они содержат сверхмассивные черные дыры, с невероятным аппетитом поглощающие материю. Падая в дыру, вещество ускоряется и закручивается, раскаляется и излучает. Излучение сталкивается с внешними слоями вещества, ионизируя и раскаляя их, заставляя также излучать.

В последние годы развитие астрономических инструментов позволило ученым во многих случаях различать излучение от самой черной дыры и от окружающего ее газопылевого облака. Понятно, что облако испускает лишь вторичное излучение, зависящее от излучения дыры, и для того, чтобы отреагировать на изменения в нем, ему требуется некоторое время, за которое излучение дыры достигнет внешних слоев и запустит в них соответствующие процессы. Эту задержку можно измерить, тем самым установив размеры газопылевого облака.

Однако, как справедливо заметил Уотсон, интенсивность потока излучения дыры падает, подчиняясь все тому же обратному квадрату расстояния. Соответственно, чем дальше газопылевые слои от сверхмассивной черной дыры, тем ниже их яркость, и зависимость эту можно легко вычислить. А следовательно, радиус газопылевого облака позволяет установить и «исходную» его яркость.

Уотсон апробировал новый подход на практике, вычислив расстояние до 38-ми известных активных галактических ядер, расположенных на дистанции до z=4, что существенно больше, нежели величины, доступные, скажем, с использованием сверхновых (примерно до z=1,7).

Но это лишь начало. Трудно заранее предположить, что может быть обнаружено с использованием новых «стандартных свечей», но ожидать можно чего угодно. Напомним, что цефеиды позволили Эдвину Хабблу в 1920-х показать факт расширения Вселенной, а сверхновые типа Iа в 1990-х показали, что процесс этот идет с ускорением, и тем самым привели к появлению целого ряда удивительных космологических идей и теорий. От активных ядер галактик стоит ожидать не меньшего уже потому, что они куда ярче и цефеид, и сверхновых Ia, а значит, позволят заглянуть куда дальше и глубже в прошлое Вселенной.

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog