fekete lyukak a fiatal univerzumban, -...
TRANSCRIPT
![Page 1: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/1.jpg)
Fekete lyukak a fiatal Univerzumban,
a rádiótávcsövek „szemével”
100 éves az általános relativitáselmélet
NKE, Budapest, 2016. november 9.
![Page 2: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/2.jpg)
Kari
katú
rák:
© S
idney
Harr
is
Frey Sándor (FÖMI KGO)
Együttműködő kutatók:
Gabányi Krisztina
(FÖMI KGO / Konkoly)
Leonid Gurvits, Paragi
Zsolt (JIVE, NL)
An Tao (SHAO, CN)
Rocco Coppejans
(Nijmegen, NL)
Fogasy Judit (Onsala, SE)
Mosoni László, Cseh
Dávid, …
NKFIH/OTKA NN 110333
![Page 3: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/3.jpg)
Miről lesz szó?
• Rádiócsillagászat
• Interferometria
• Aktív galaxismagok, kvazárok
• Kvazárok a korai
Univerzumban
• Mit tudunk már és mit nem?
![Page 4: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/4.jpg)
1932-1933
=14.5 m
![Page 5: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/6.jpg)
λ=6 cm, D=100 m
λ=600 nm, D~1 mm
Példák a szögfelbontásra (avagy a rádiócsillagászok hátránya)
θ = 1’ θ = 1” θ = 1 mas
5 m 20 km 1 200 km ~106 km
50 cm 2 km 120 km ~105 km
5 cm 200 m 12 km ~104 km
500 nm 2 mm 12 cm 120 m
A Hubble-űrtávcső esetén (=500 nm, D=2.4 m) a felbontás θ ≈ 50 mas
A effelsbergi rádiótávcsőnél (=6 cm, D=100 m) a felbontás θ ≈ 2’
![Page 7: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/8.jpg)
ATCA
VLA
WSRT
MERLIN
Nevezetes rádióinterferométer-hálózatok
![Page 9: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/9.jpg)
Very
Long
Baseline
Interfero-
metry
![Page 10: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/11.jpg)
quasar = quasi-stellar radio source
3C 273: felfedezése 1963-ban (z=0,158)
Nagy luminozitás
kozmológiai távolságokból is látszanak!
Kvazárok
z=6 körüli kvazárokat csak kb. 15 éve ismerünk
SDSS
Jelenleg közel 100 kvazár z~6 fölött,
a rekorder z=7.1
A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,
fémtartalom, stb.) hasonló a közelebbi kvazárokéhoz
De talán nem mind ilyen „fejlett”…
Fan et al. (2001, 2003, 2004, 2006)
pl. Willott et al. (2007, 2010)
Mortlock et al. (2011)
Jiang et al. (2010)
![Page 12: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/12.jpg)
Az aktív galaxismagok ritkaságszámba mennek
az Univerzumban!
![Page 13: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/14.jpg)
Csak 4-ről tudjuk, hogy „erős” kontinuum rádióforrás
Összehasonlításul: minden SDSS kvazár ~8%-a „rádióhangos”
Rádiókvazárok z~6-nál
Ivezić et al. (2002)
Ha a rádiósugárzás kompakt,
akkor biztos, hogy aktív
galaxismagból jön: a fekete lyuk
közeléből induló relativisztikus
plazmanyaláb (jet)
szinkrotronsugárzását látjuk
VLBI technikával igazolható!
![Page 15: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/15.jpg)
J0836+0054 z=5.77
Fan et al. (2001)
FIRST (VLA, 1.4 GHz) rádiókép
Halvány (~1 mJy) rádióforrás
VLBI detektálás nem egyszerű
![Page 16: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/16.jpg)
SDSS J0836+0054: luminozitás
Jarvis & McLure (2002)
példa: Parkes Half-Jansky Flat-Spectrum Sample
![Page 17: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/17.jpg)
SDSS J0836+0054: luminozitás
Jarvis & McLure (2002)
példa: Parkes Half-Jansky Flat-Spectrum Sample
z=5.774
L5 = 1025 W Hz-1 sr-1
![Page 18: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/18.jpg)
20 mas 10 mas
1 mas szögméret ~6 pc (~20 fényév) lineáris méretnek felel meg itt
Frey et al. (2003, 2005)
kompakt, kissé felbontott szerkezet
a teljes rádióemisszió innen érkezik
meredek spektrum, nincs relativisztikus nyalábolás
5 GHzcsúcs: 333 µJy/beam
1.6 GHzcsúcs: 770 µJy/beam
![Page 19: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/19.jpg)
J1427+3312 z=6.12
McGreer et al. (2006); Stern et al. (2007)
![Page 20: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/20.jpg)
J1427+3312 z=6.12
McGreer et al. (2006); Stern et al. (2007)
csúcs: 460 μJy/beam
160 pc
1.6 GHz
Frey et al. (2008)
Momjian et al. (2008)
![Page 21: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/21.jpg)
J1427+3312 z=6.12
McGreer et al. (2006); Stern et al. (2007)
peak: 460 μJy/beam
160 pc
1.6 GHz
Frey et al. (2008)
Momjian et al. (2008)
5 GHz
csúcs: 167 μJy/beam
![Page 22: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/23.jpg)
J1429+5447 z=6.21
Willott et al. (2010)
peak: 2.32 mJy/beam
1.6 GHz
peak: 0.67 mJy/beam
5 GHz
Frey et al. (2011)
20 pc
Európai VLBI Hálózat (EVN)
![Page 24: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/24.jpg)
Owsianik & Conway (1998)
Kontinuum
rádióspektrum
A z~6 kvazárok
összehasonlítása egy
nevezetes „fiatal”
rádióforrással (CSO;
J0713+4349 @ z=0.52)
Frey et al. (2012)
A négy ismert legtávolabbi rádiókvazár egyike
sem erősen nyalábolt, könnyen lehet, hogy
aktivitásuk ~100-1000 éve indult be
![Page 25: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/25.jpg)
Mire jók a (távoli) rádiókvazárok? #1A látszó szögátmérő–vöröseltolódás összefüggés
Az óriás, dupla lebenyes galaxisok voltak az
első ígéretesnek tűnő méterrúdjelöltek
F. Hoyle (1958; IAU Symp. 9 & URSI Symp. 1):
Ha a Cyg A-hoz hasonló rádiógalaxisokat
meg tudnánk figyelni különböző
távoságokban (vöröseltolódásoknál), akkor
könnyen dönthetnénk az ún. állandó
állapotú és az Einstein–de Sitter-modell
között
Ha volnának alkalmas „standard méterrúdjaink”, akkor feltérképezhetnénk
segítségükkel a világegyetem geometriáját
![Page 26: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/26.jpg)
aszimptotikus ~4”
minimum ~15”
![Page 27: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/27.jpg)
Kapahi 1987,
in: Observational
Cosmology, Reidel, 251
![Page 28: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/28.jpg)
Szögméretek (mag-jet távolságok) 82 AGN-re, z szerint 7 csoportban
átlagolva . Szaggatott vonal: euklideszi tér, SS=steady state (állandó
állapotú univerzum) , többi: Friedmann-modellek különféle lassulási
paraméterekkel (q0).
Kellermann (1993)
![Page 29: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/29.jpg)
Mire jók a (távoli) rádiókvazárok? #2A jetek látszó sajátmozgás–vöröseltolódás összefüggése
Cohen et al. (2005)
![Page 30: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/30.jpg)
VLBA, 2006. január 28.
EVN, 2013. május 28.
>7 év alatt a komponensek
elmozdulása detektálható
(0,09 – 0,11 mas/év)
Látszó „szuperfénysebességű” mozgás
(11 – 14c)
A viszonylag lassú komponensek
összhangban vannak a vöröseltolódás
kozmológiai értelmezésével
Helmboldt et al. 2007
Frey et al. 2015
![Page 31: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/31.jpg)
Frey et al. 2015
![Page 32: Fekete lyukak a fiatal Univerzumban, - archiv.hhk.uni-nke.huarchiv.hhk.uni-nke.hu/uploads/media_items/freys.original.pdf · A legtöbb megfigyelhető tulajdonságuk (fekete lyuk tömege,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022421/5a87830b7f8b9afc5d8dd70d/html5/thumbnails/32.jpg)
Összefoglalás
Kvazárokat (aktív galaxismagokat) ma már z~7-ig ismerünk, de még
mindig nem elég sokat – s még kevesebb közöttük a rádióforrás
~109 naptömegű fekete lyukak kialakulása már ilyen korai időszakban
még mindig rejtély
A rádiókvazárokat VLBI technikával lehet nagy felbontással vizsgálni;
vannak arra utaló jelek, hogy ezek fiatal rádióforrások (nem csak
kozmológiai értelemben)
Klasszikus kozmológiai tesztek rádiókvazárokkal