Группа ученых во главе с Себастьяном Хенигом из Университета Саутгемптона в Англии тщательно измерила наше расстояние до ближайшей галактики NGC 4151 с помощью интерферометра из обсерватории В.М. Кека. Астрономы использовали новую технику, которая позволяет им измерять расстояния до далеких галактик точнее, чем когда-либо прежде. Новый метод аналогичен тому, который используется геодезистами, которые измеряют как физические, так и угловые — или «видимые» размеры удаленного объекта, чтобы вычислить его истинное расстояние от наблюдателя.
Ранее оцененное расстояние до NGC 4151, галактики, содержащей массивную черную дыру, составляло от 4 до 29 мегапарсеков (от 13 до 94,5 миллионов световых лет). Используя новый, более точный метод, ученые определили наше расстояние от его черной дыры в 19 мегапарсеков (62 миллиона световых лет).
NGC 4151 астрономы называют «Оком Саурона» из-за его сходства с глазом его тезки из трилогии «Властелин колец». Как и в знаменитой саге, это кольцо играет ключевую роль — на этот раз в проведении нового измерения расстояния. Мы знаем, что все большие галактики имеют массивные черные дыры в своих центрах, и примерно в 10 процентах всех галактик эти черные дыры со временем вырастают до огромных размеров, потому что они «питаются» огромным количеством газа и пыли, которые они всасывают непосредственно из окружающую их среду. В этом процессе проглоченная материя сильно нагревается и, таким образом, становится очень яркой — в конечном итоге становясь самым энергичным источником электромагнитного излучения во Вселенной. Тогда такой объект называют АЯГ — активным ядром галактики.
В Оке Саурона такая горячая пыль образует кольцо вокруг черной дыры, а также испускает инфракрасное излучение, которое ученые могут использовать в качестве меры расстояния. Однако видимый размер кольца в Оке Саурона настолько мал, что эти наблюдения пришлось проводить с помощью интерферометра Кека, объединяющего возможности двух 10-метровых телескопов из обсерватории Кека на Гавайях. Они являются одними из самых больших оптических телескопов на Земле — в таком дуэте они достигают разрешающей способности, равной одному телескопу с диаметром зеркала до 85 метров.
Чтобы определить физический размер пылевого кольца, ученые измерили задержку между излучением света из окрестностей черной дыры и более дальним излучением пыли — инфракрасным. Расстояние от центра черной дыры до горячего пылевого облака, или радиус кольца, — это просто задержка в получении обоих сигналов, деленная на скорость света. Объединив знание физического размера кольца со знанием его видимого размера, измеренного телескопами Кека, ученые теперь смогли определить наше расстояние до галактики NGC 4151.
Один из выводов этих исследований заключается в том, что расстояние, определяемое этим методом, является достаточно точным — с точностью до 90 процентов. Таким образом, этот простой метод, основанный на обычных геометрических правилах, сегодня позволяет проводить самые точные измерения расстояний до других галактик. Кроме того, его также можно легко адаптировать ко многим другим объектам. Определение таких расстояний имеет решающее значение для оценки некоторых космологических параметров, описывающих нашу Вселенную. А сама NGC 4151 теперь может быть идеальным инструментом для калибровки различных методов определения масс черных дыр. Зная его новое точное расстояние, мы уже знаем, что эти массы могли систематически недооцениваться примерно на 40 процентов.
Хениг и его коллеги в Дании и Японии в настоящее время разрабатывают новую программу по распространению своих методов на другие AGN. Их целью будет определить точные расстояния до нескольких галактик, а затем использовать их для сужения значений нескольких известных космологических параметров. Это может способствовать, среди прочего чтобы лучше понять историю расширения Вселенной.