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    Quasar come le nuove candele standard cosmiche

    Il quasar 3C 273 con il suo getto, come si vede dall'Osservatorio a raggi X Chandra. Gli astronomi hanno scoperto che le luminosità dei raggi X e dell'ultravioletto dei quasar sono così strettamente correlate, anche per quasar a grandi distanze cosmologiche, che i quasar possono essere usati come nuove "candele standard" per aiutare a determinare le distanze cosmiche e sondare altri parametri cosmologici fondamentali. Credito:Osservatorio a raggi X Chandra

    Nel 1929, Edwin Hubble ha pubblicato osservazioni che le distanze e le velocità delle galassie sono correlate, con le distanze determinate utilizzando le loro stelle Cefeidi. L'astronoma di Harvard Henrietta Swan Leavitt aveva scoperto che una stella Cefeide varia periodicamente con un periodo correlato alla sua luminosità intrinseca. Ha calibrato l'effetto, e quando Hubble ha confrontato quei valori calcolati con le luminosità osservate, è stato in grado di determinarne le distanze. Ma anche oggi solo le stelle Cefeidi in galassie relativamente vicine possono essere studiate in questo modo. Per estendere la scala delle distanze indietro ai tempi precedenti della storia cosmica, gli astronomi hanno utilizzato le supernovae (SN) - le morti esplosive di stelle massicce - che possono essere viste a distanze molto maggiori. Confrontando la luminosità osservata di un SN con la sua luminosità intrinseca, in base alla sua classificazione, gli astronomi sono in grado di determinarne la distanza; confrontandolo con la velocità della galassia ospite (il suo redshift, misurata spettroscopicamente) produce la "relazione di Hubble" che mette in relazione la velocità della galassia con la sua distanza. Le supernove più affidabili per questo scopo, per la loro uniformità cosmica, sono le cosiddette supernovae di "Tipo Ia", che si pensa siano "candele standard, " aventi tutti la stessa luminosità intrinseca. Tuttavia anche SN diventa più difficile da studiare in questo modo in quanto si trovano più lontano; ad oggi il più distante SN di Tipo Ia con una determinazione affidabile della velocità risale a un'epoca di circa 3 miliardi di anni dopo il big bang.

    Astronomi CfA Susanna Bisogni, Francesca Civano, Martin Elvis e Pepi Fabbiano e i loro colleghi propongono di utilizzare i quasar come una nuova candela standard. I quasar più lontani conosciuti sono stati avvistati da un'era solo circa settecento milioni di anni dopo il big bang, estendendo drasticamente la gamma dei redshift standard delle candele. Un altro vantaggio dei quasar è che ne sono stati scoperti centinaia di migliaia negli ultimi anni. Non ultimo, i processi fisici nei quasar sono diversi da quelli in SN, fornendo misure completamente indipendenti di parametri cosmologici.

    Il nuovo schema proposto dagli astronomi si basa sulla loro scoperta che l'emissione di raggi X e ultravioletta nei quasar sono strettamente correlate. Nel cuore di un quasar c'è un buco nero supermassiccio circondato da un disco molto caldo di materiale in accrescimento che emette nell'ultravioletto. Il disco a sua volta è circondato da gas caldo con elettroni che si muovono a velocità prossime a quella della luce, e quando i fotoni ultravioletti incontrano questi elettroni, la loro energia viene potenziata nei raggi X. Il gruppo, basandosi sui loro metodi precedenti, ha analizzato le misurazioni dei raggi X di 2332 quasar distanti nel nuovo Chandra Source Catalog e le ha confrontate con i risultati dell'ultravioletto della Sloan Digital Sky Survey. Hanno scoperto che la stretta correlazione già nota tra la luminosità dell'ultravioletto e dei raggi X dei quasar locali continua nei quasar distanti, indietro di oltre l'85% dell'età dell'Universo, diventando ancora più stretto in tempi precedenti. L'implicazione è che queste due quantità possono determinare la distanza di ciascun quasar, e quelle distanze possono quindi essere utilizzate per testare modelli cosmologici. Se i risultati sono confermati, forniranno agli astronomi un nuovo straordinario strumento con cui misurare le proprietà dell'universo in evoluzione.


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