Fekete lyukak a fiatal Univerzumban,

a rádiótávcsövek „szemével”

100 éves az általános relativitáselmélet

NKE, Budapest, 2016. november 9.

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

Miről lesz szó?

• Rádiócsillagászat

• Interferometria

• Aktív galaxismagok, kvazárok

• Kvazárok a korai

Univerzumban

• Mit tudunk már és mit nem?

1932-1933

=14.5 m

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’

ATCA

VLA

WSRT

MERLIN

Nevezetes rádióinterferométer-hálózatok

Very

Long

Baseline

Interfero-

metry

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)

Az aktív galaxismagok ritkaságszámba mennek

az Univerzumban!

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!

J0836+0054 z=5.77

Fan et al. (2001)

FIRST (VLA, 1.4 GHz) rádiókép

Halvány (~1 mJy) rádióforrás

VLBI detektálás nem egyszerű

SDSS J0836+0054: luminozitás

Jarvis & McLure (2002)

példa: Parkes Half-Jansky Flat-Spectrum Sample

SDSS J0836+0054: luminozitás

Jarvis & McLure (2002)

példa: Parkes Half-Jansky Flat-Spectrum Sample

z=5.774

L5 = 1025 W Hz-1 sr-1

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

J1427+3312 z=6.12

McGreer et al. (2006); Stern et al. (2007)

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)

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

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)

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

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

aszimptotikus ~4”

minimum ~15”

Kapahi 1987,

in: Observational

Cosmology, Reidel, 251

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)

Mire jók a (távoli) rádiókvazárok? #2A jetek látszó sajátmozgás–vöröseltolódás összefüggése

Cohen et al. (2005)

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

Frey et al. 2015

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