Hva masteroppgaven min skal handle om

Til høsten drar jeg til København for å skrive masteroppgave hos anerkjente Dark Cosmology Centre. Men hva er det jeg egentlig skal forske på?

Å skrive en masteroppgave handler om å prøve seg som forsker på ordentlig for aller første gang. Studenten (meg) blir veiledet gjennom et forskningsprosjekt som deretter skal beskrives i en masteroppgave.

Jeg har tidligere skrevet om bakgrunnen for at jeg ender med å dra til København i innlegget På besøk hos Dark Cosmology Centre + første tanker om masteroppgaven. Kort oppsummert er jeg interessert i å forske på galakser og supermassive sorte hull, og dessverre er ikke dette noe det drives så mye med hos Institutt for teoretisk astrofysikk ved UiO. Så da drar jeg dit hvor de er flinke på sånt 🙂

Masteroppgaven min

Den foreløpige tittelen på masteroppgaven min lyder Establishing the host galaxy contribution to spectroscopic data of emission from active galactic nuclei. Her er det kanskje en del fremmedord for de fleste. La oss se på hva de betyr:

Active galactic nuclei (AGN) kan oversettes til «aktiv galaksekjerne». De fleste galakser har et supermassivt sort hull i sitt sentrum, og dette sorte hullet sies å være aktivt dersom det foretar seg et eller annet, som å spise omkringliggende materie. Når et sort hull spiser, blir det sendt ut masse stråling («emission») som gjør at galaksekjernen blir mye mer lyssterk enn dersom den ikke var aktiv. Dette gjør aktive galaksekjerner til de mest lyssterke objektene i universet. Det gjør at de er synlige over enormt store avstander og kan brukes til å studere universet som er langt borte. Og siden vi ser bakover i tid når vi ser utover i universet (fordi lyset bruker tid på å nå frem til oss), kan de aktive galaksekjernene brukes til å studere universet slik det var før i tiden.

ngc-5128

Centaurus A (NGC 5128): Et eksempel på en galakse med en aktiv galaksekjerne. Galaksen er sett fra siden.

Host galaxy kan oversettes til «vertsgalakse» og er rett og slett galaksen som huser den aktive galaksekjernen. Man kan si det i form av et regnestykke: galakse = vertsgalakse + aktiv galaksekjerne. Dette er illustrert her:

Dekomponering av en galakse. Fra venstre: 1) Galaksen, 2) vertsgalaksen, og 3) den aktive galaksekjernen (AGN). Bilde: Hubbleteleskopet, Simmons et al. (2011).

Spectroskopic data (spektroskopisk data) er data man får ved å sende lyset fra et astronomisk objekt gjennom en form for prisme. Dette gir et fargespektrum fullt av spektrallinjer. Dette mønsteret av linjer er karakteristisk for grunnstoffene som er til stede i objektet. Dette spekteret kan vi gjøre om til en fin graf, som forteller oss en hel del om objektet lyset kommer fra:

Spekteret til en Wolf-Rayet-stjerne, sett grafisk (øverst) og visuelt (fargebåndet nederst). Figur: Wikipeda

Det jeg skal gjøre er å bestemme hvor mye lyset som kommer fra vertsgalaksen bidrar til spekteret vi tar av den aktive galaksekjernen. Dette ønsker vi å finne ut for da kan vi ta vekk dette bidraget fra målingene våre og bare sitte igjen med data fra den aktive galaksekjernen! 😀

OK, nå vet vi litt mer om hva settingen for oppgaven min er, men hva er det jeg skal gjøre, og hvorfor skal jeg gjøre det?

Å måle massen til et supermassivt sort hull

Supermassive sorte hull finnes i sentrum av de fleste galakser. Sorte hull er av natur ikke noe vi kan se direkte med øyene eller teleskopene våre. Hvis de ikke er aktive, er de sorte – de sender ikke ut noe lys. Er de aktive, sender de ut så mye lys at det er vanskelig å si hva som er hva.

En enkel måte å finne ut massen til det supermassive sorte hullet er ved å se på bevegelsen til stjernene som går i bane rundt det sorte hullet, helt innerst i galaksen. Det er nemlig slik at hastigheten til disse stjernene gir oss et mål på hvor tungt det sorte hullet må være for å fremkalle de observerte hastighetene. Dette kalles på fagspråket for M-sigma-relasjonen hvor M er massen til det supermassive sorte hullet og sigma (σ) er spredningen i hastigheter til stjernene. Jeg skrev om denne relasjonen i essayet Galakser og supermassive sorte hull – en kjærlighetshistorie <3

Vi kan dessverre bare måle hastigheten til stjernene i galakser som er relativt nærme oss, og de galaksene som er mest interessante for oss er de med aktive galaksekjerner som befinner seg veldig langt unna. Så hva gjør vi da?

Ved å studere en rekke aktive galaksekjerner har man kommet frem til den (innen fagmiljøet) kjente radius-luminositet-relasjonen. Den sier at det er et fast forholdstall mellom radiusen og luminositeten hos en aktiv galaksekjerne. Men for å forstå hvilken radius og luminositet det er snakk om, må vi se på hvordan den aktive galaksekjernen er bygd opp. Den kan inndeles omtrent slik:

AGN-illustration

Sentrum av en aktiv galaksekjerne. Basert på figur fra boken «Active galactic nuclei» av J. Krolik.

Det vi er interessert i her, er radiusen og luminositeten til den såkalte «broad line emission»-regionen, en slags ansamling av gasskyer (tegnet med V-mønster i figuren ovenfor).  Denne regionen av den aktive galaksekjernen står bak de mest fremtredende spektrallinjene i lyset vi studerer, derav navnet «broad line». Denne regionen befinner seg dessuten veldig nærme det sentrale supermassive sorte hullet, så vi er nærmere hjertet av det vi ønsker å studere.

Hva jeg skal gjøre

Ved å studere aktive galaksekjerner som befinner seg veldig langt unna oss (i rom og tid!) kan vi lære om dannelsen og utviklingen til galakser. Og vi kan lære om hvordan det supermassive sorte hullet spiser, vokser og påvirker omgivelsene sine. Alt dette er viktig for å finne ut av hvordan galakser og supermassive sorte hull dannes og utvikler seg sammen, noe vi foreløpig ikke har en god forståelse av.

Det er viktig å kunne dekomponere en galakse i dets to komponenter – vertsgalaksen og den aktive galaksekjernen. Lyset fra vertsgalaksen er nemlig med på å «forurense» luminositeten vi ønsker å måle fra den aktive galaksekjernen (nærmere bestemt luminositeten til «broad line»-regionen), slik at den målte luminositeten blir høyere enn den egentlig er. Og det er ikke bra!

Hittil har detaljerte bilder tatt med Hubbleteleskopet vært brukt til å kartlegge lysbidraget fra stjernene i vertsgalaksen. Men nå skal Hubbleteleskopet snart legge opp, så vi trenger en alternativ metode.

Det finnes ulike programvarer som forsøker å beregne lysbidraget fra vertsgalakser ved å dekomponere galaksen. Jeg skal gjøre en grundig analyse av hvor gode disse programvarene faktisk er til å gjøre dette.  Dette kan jeg gjøre ved å lage kunstige galaksedata hvor jeg vet hva svaret skal være, putte dette inn i programvaren og se hva som spyttes ut av informasjon. Ved å gjøre dette på veldig mange datasett, kan jeg forhåpentligvis finne et mønster i hvor bra programvarene får til dette som kan hjelpe oss å forutsi lysbidraget nøyaktig. Deretter skal dette testes ut på ekte datasett.

Hva det kan brukes til

Radius-luminositet-relasjonen brukes til å bestemme massen til supermassive sorte hull som er veldig langt unna. Veilederen min skriver at «it is perhaps the most important relationship in the study of black holes»! Relasjonen kan også brukes til å bestemme avstander i verdensrommet.

Hvis jeg gjør en grundig og nøyaktig nok jobb, kan forskningen min ende opp som en vitenskapelig artikkel, hvor resultatet vil bli brukt umiddelbart i fagområdet! Et eventuelt resultat kan bidra til å gjøre radius-luminositet-relasjonen mer nøyaktig, som vil føre til mer nøyaktige målinger av massen til fjerne supermassive sorte hull og kosmiske avstander. Hurra!

Gleder meg til å sette i gang!

Les mer: Tips til deg som skal ta master og/eller PhD innen astrofysikk

Hovedbilde: Random Wallpapers

Relaterte innlegg

Kommentarer

  1. Kristin sier:

    Veldig kult! Lykke til 😀

    1. Tusen takk! Prosessen vil bli rapportert her på bloggen 😉

  2. Her på jorden har vi tegninger på hvordan ting var og om vi drar ut i verdnsrommet tror jeg vi bare ser forandringene slik de er!:) Reise i tid er bare forflytninger for så å reise tilbake!

Legg inn en kommentar

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.