Til at måle store afstande i rummet har astronomerne brug for kraftige lyskilder, der som kosmiske fyrtårne lyser op og kan observeres tværs over universet. Med en ny banebrydende metode, udviklet af forskere fra Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet, kan astronomerne med god nøjagtighed måle langdistance-afstande ved hjælp af lyset fra kvasarer (aktive sorte huller), der overgår alle andre lystyrker i universet.

Astronomerne bruger idag observationer af supernovaer til måling af lange afstande i universet. Supernovaer er kæmpestore stjerner, som dør i voldsomme eksplosioner, der lyser op som fyrtårne, der gør, at astronomerne kan sondere det tidlige univers. For at beregne afstanden er det vigtigt for forskerne at kende supernovaernes nøjagtige type og lysstyrke, og det har man tjek på, så metoden fungerer. Men supernovaer har den ulempe, at de opstår tilfældigt, så forskerne kan aldrig vide hvor og hvornår, de er der, og så varer eksplosionen typisk kun nogle få uger.
Kosmisk ønske

Astronomerne kunne derfor godt ønske sig andre muligheder for kosmiske fyrtårne, og i mere end 40 år har det været foreslået, at kvasarer kunne bruges til langdistance-målinger. Kvasarer er aktive sorte huller i centrum af galakser. Alle galakser har et supermassivt hul i hjertet af deres centrum. Et sådant sort hul har en masse på millioner til milliarder gange Solens masse.

I de sene, meget udviklede galakser som vores galakse, Mælkevejen, er det sorte hul faldet til ro, men i de tidlige galakser er disse 'sorte galakse-hjerter' stadig aktive og kaldes kvasarer. På grund af den enorme tyngdekraft trækkes stoffer fra omgivelserne ind mod det sorte hul og opsluges. Stofferne slynges ind imod det sorte hul med enorm stor hastighed og opvarmes til millioner af grader idet gas og støv hvirvles sammen. Denne ekstremt hede gas tæt på det sorte hul udsender røntgenstråling og ultraviolet stråling, der opvarmer de enorme tætte skyer af støv og gas, som cirkulerer i en afstand fra det sorte hul.

Den opvarmede gas lyser op med en ufattelig kraftig lysudstråling – stærkere end lyset fra 1000 galakser. Men for at unytte kvasarer til at måle afstande i universet, skal man kende den nøjagtige lysstyrke på lyskilden, og det har hidtil været uberegneligt.

Lys idé

"Under et foredrag, hvor en af mine kolleger fortalte om kvasarer, fik jeg pludselig den idé, at hvis lysstyrken af kvasaren var relateret til størrelsen af gasskyen omkring den, og hvis man kunne måle størrelsen af denne sky, ville man der udfra kunne beregne afstanden til kvasaren", fortæller astrofysiker Darach Watson, Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Han forklarer, at nøglen til beregningerne ligger i, at kvasarens lysstyrke afhænger af størrelsen af den tætte støv- og gassky, der omgiver den. Det vil sige, at stærkere lysende kvasarer har større støv- og gasskyer. Darach Watson kunne nu se, at kollegerne allerede havde en metode til at måle størrelsen af gasskyen, så det eneste, de skulle gøre var at bruge den information til at udregne kvasarens lysstyrke.

Idéen viste sig at være genial, og Darach Watson gik sammen med to kolleger fra Niels Bohr Institutet, Marianne Vestergaard og Kelly Denney samt kosmologiekspert Tamara Davis fra Queensland University i Australien igang med at lave beregninger af den præcise lysstyrke, som kvasarerne udsendte. Målingerne viste sig at være ret præcise.

Darach Watson fortæller, at kvasarer har mange fordele. De findes allevegne, og de er stabile og vedvarende. De blegner ikke og forsvinder efter ganske kort tid som supernovaer, og de er ekstremt lysstærke og kan observeres på langt større afstande end andre kilder til afstandsmåling, og han pointerer, at det vigtigste er, at målingerne allerede er meget nøjagtige.

Opklarer det tidlige univers

"Kvasarer er en god kilde for målinger også langt tilbage i det meget tidlige univers. Med supernovaer er det fjerneste, man kan måle ca. 75 % af universets alder tilbage i tiden. Med kvasarer kan vi måle op til 85 % af universets alder tilbage. Netop i den periode er der meget interessant at studere", fortæller Darach Watson, der forklarer, at det er en periode i universets udvikling, hvor universet skiftede fra en opbremsning til en fremskyndelse af udvidelsen. Årsagen til accelerationen af universets udvidelse er mørk energi, som er mere end 70 % af universets indhold, og som der forskes intenst i at forstå. Derfor er det særligt vigtigt at kunne observere på disse lange distancer, som ingen andre metoder kan udføre.

Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Astrophysical Journal Letters.

Kilde: Københavns Universitet