Bildekreditt: ESO
Astronomer fra European Southern Observatory har funnet en svært sjelden gravitasjonslinser fra Einstein-ring, der lyset fra en fjern kvasar blir vrengt og forstørret av tyngdekraften i en nærmere galakse. De to objektene er så tett på linje at bildet av kvasaren danner en ring rundt galaksen fra utsiktspunktet vårt her på jorden. Med nøye målinger kunne teamet bestemme at kvasaren er 6,3 milliarder lysår unna, og galaksen er bare 3,5 milliarder lysår unna, noe som gjør den til den nærmeste gravitasjonslinsen som noen gang er oppdaget.
Ved hjelp av ESO 3,6-m teleskopet på La Silla (Chile), har et internasjonalt team av astronomer [1] oppdaget et sammensatt kosmisk speilbilde i den sørlige stjernebildet Crater (The Cup). Dette "gravitasjonslinsen" -systemet består av (minst) fire bilder av den samme kvasaren, i tillegg til et ringformet bilde av galaksen som kvasaren ligger i - kjent som en "Einstein-ring". Den mer nærliggende linsegalaksen som forårsaker denne spennende optiske illusjonen, er også godt synlig.
Teamet skaffet seg spektre av disse objektene med det nye EMMI-kameraet montert på ESO 3,5-m New Technology Telescope (NTT), også på La Silla-observatoriet. De finner ut at den linsede kvasaren [2] befinner seg i en avstand på 6 300 millioner lysår (dens "rødforskyvning" er z = 0,66 [3]) mens den linsete elliptiske galaksen er grovt halvveis mellom kvasaren og oss, på avstand på 3.500 millioner lysår (z = 0,3).
Systemet har blitt betegnet RXS J1131-1231 - det er den nærmeste gravitasjonslystede kvasaren som er oppdaget så langt.
Kosmiske speilinger
Det fysiske prinsippet bak en "gravitasjonslinse" (også kjent som et "kosmisk speilbilde") har vært kjent siden 1916 som en konsekvens av Albert Einsteins teori om generell relativitet. Gravitasjonsfeltet til en massiv gjenstand kurver den lokale geometrien til universet, så lysstråler som passerer nær objektet er bøyd (som en "rett linje" på jordoverflaten er nødvendigvis buet på grunn av krumningen av jordoverflaten) .
Denne effekten ble først observert av astronomer i 1919 under en total solformørkelse. Nøyaktige posisjonsmålinger av stjerner sett på den mørke himmelen nær den formørkede solen indikerte en tilsynelatende forskyvning i retningen motsatt av sola, omtrent like mye som forutsagt av Einsteins teori. Effekten skyldes gravitasjonsattraksjonen til stjernefotonene når de passerer nær solen på vei til oss. Dette var en direkte bekreftelse på et helt nytt fenomen, og det representerte en milepæl i fysikken.
På 1930-tallet innså astronom Fritz Zwicky (1898 - 1974), av sveitsisk statsborgerskap og arbeider ved Mount Wilson-observatoriet i California, at den samme effekten også kan skje langt ute i rommet der galakser og store galakse-klynger kan være tilstrekkelig kompakte og massive å bøye lyset fra enda fjernere gjenstander. Imidlertid var det først fem tiår senere, i 1979, at ideene hans ble observert observasjonsmessig da det første eksemplet på et kosmisk mirage ble oppdaget (som to bilder av samme fjerne kvasar).
Kosmiske speilinger blir generelt sett på som flere bilder av en enkelt kvasar [2], linset av en galakse som ligger mellom kvasaren og oss. Antall og form på bilder av kvasaren avhenger av de relative stillingene til kvasaren, linsegalaksen og oss. Hvis justeringen var perfekt, ville vi dessuten se et ringformet bilde rundt objektivet. Slike “Einstein-ringer” er imidlertid veldig sjeldne og har bare blitt observert i veldig få tilfeller.
En annen spesiell interesse for gravitasjonslinsevirkningen er at den ikke bare kan resultere i doble eller flere bilder av det samme objektet, men også at lysstyrken til disse bildene øker betydelig, akkurat som det skjer med en vanlig optisk linse. Fjerngalakser og galakse klynger kan dermed fungere som ”naturlige teleskoper” som lar oss observere fjernere objekter som ellers ville vært for svake til å bli oppdaget med for tiden tilgjengelige astronomiske teleskoper.
Teknisk skjerpingsteknikker løser den kosmiske speilingen bedre
En ny gravitasjonslinser, kalt RXS J1131-1231, ble serendipitøst oppdaget i mai 2002 av Dominique Sluse, den gang en doktorgradsstudent ved ESO i Chile, mens han inspiserte kvasarbilder tatt med ESO 3,6-m teleskop ved La Silla-observatoriet. Oppdagelsen av dette systemet tjente på de gode observasjonsforholdene som var rådende på observasjonstidspunktet. Fra en enkel visuell inspeksjon av disse bildene konkluderte Sluse foreløpig med at systemet hadde fire stjernelignende (de linsede kvasarbildene) og en diffus (linsegalaksen) komponent.
På grunn av den svært små separasjonen mellom komponentene, i størrelsesorden ett bue sekund eller mindre, og den uunngåelige "uskarpe" effekten forårsaket av turbulens i den jordiske atmosfæren ("å se"), brukte astronomene sofistikert programvare for skjerping for å produsere høyere -oppløsningsbilder der presise lysstyrke og posisjonsmålinger deretter kunne utføres (se også ESO PR 09/97). Denne såkalte “dekonvolusjon” -teknikken gjør det mulig å visualisere dette komplekse systemet mye bedre, og spesielt å bekrefte og gjøre mer iøynefallende den tilknyttede Einstein-ringen, jfr. PR-foto 20a / 03.
Identifisering av kilden og linsen
Teamet av astronomer [1] brukte deretter ESO 3,5-m New Technology Telescope (NTT) på La Silla for å oppnå spektra av de individuelle bildekomponentene i dette linsesystemet. Dette er avgjørende fordi spektraene, som menneskelige fingeravtrykk, tillater entydig identifisering av de observerte objektene.
Likevel er dette ikke en lett oppgave fordi de forskjellige bildene av den kosmiske speilingen ligger veldig nær hverandre på himmelen og de best mulige forholdene er nødvendige for å få rene og godt adskilte spektre. Imidlertid, den utmerkede optiske kvaliteten på NTT kombinert med rimelig gode synsvilkår (ca. 0,7 arcsekund) gjorde det mulig for astronomene å oppdage de "spektrale fingeravtrykkene" til både kilden og objektet som fungerer som en lins, ESO PR Foto 20b / 03.
Evalueringen av spektrene viste at bakgrunnskilden er en kvasar med en rødforskyvning på z = 0,66 [3], tilsvarende en avstand på omtrent 6 300 millioner lysår. Lyset fra denne kvasaren er linset av en massiv elliptisk galakse med en rødforskyvning z = 0,3, dvs. i en avstand på 3.500 millioner lysår eller omtrent halvveis mellom kvasaren og oss. Det er den nærmeste gravitasjonslystede kvasaren som er kjent til dags dato.
På grunn av den spesifikke geometrien til linsen og linsegalaksenes plassering, er det mulig å vise at lyset fra den utvidede galaksen kvasaren befinner seg i også bør være linset og bli synlig som et ringformet bilde. At dette virkelig er tilfellet, demonstreres av PR Photo 20a / 03 som tydelig viser tilstedeværelsen av en slik "Einstein-ring", som omgir bildet av den mer nærliggende linsegalaksen.
Mikrolinsering i makrolinsering?
Den spesielle konfigurasjonen av de individuelle linsebildene som er observert i dette systemet, har gjort astronomene i stand til å produsere en detaljert modell av systemet. Fra dette kan de deretter komme med spådommer om den relative lysstyrken til de forskjellige linsebildene.
Noe uventet fant de ut at de forutsagte lysstyrken til de tre lyseste stjernelignende bildene av kvasaren ikke stemmer overens med de observerte. En av dem viser seg å være en størrelsesorden (dvs. en faktor på 2,5) lysere enn forventet . Denne prediksjonen stiller ikke spørsmål ved generell relativitet, men antyder at en annen effekt er i arbeid i dette systemet.
Hypotesen fremmet av teamet er at et av bildene er gjenstand for "mikrolensering". Denne effekten er av samme art som den kosmiske speilingen - flere forsterkede bilder av objektet dannes - men i dette tilfellet er ytterligere lysstråle-avbøyning forårsaket av en enkelt stjerne (eller flere stjerner) i linsegalaksen. Resultatet er at det er flere (uavklarte) bilder av kvasaren i et av de makrolinsede bildene.
Resultatet er en "overforsterkning" av dette bildet. Hvorvidt dette virkelig er, vil snart bli testet ved hjelp av nye observasjoner av dette gravitasjonslinsesystemet med ESO Very Large Telescope (VLT) ved Paranal (Chile) og også med Very Large Array (VLA) radioobservatorium i New Mexico (USA) ).
Outlook
Til nå er det oppdaget 62 kvasarer med flere bilder, i de fleste tilfeller 2 eller 4 bilder av samme kvasar. Tilstedeværelsen av langstrakte bilder av kvasaren og spesielt av ringlignende bilder blir ofte observert ved radiobølgelengder. Imidlertid er dette fortsatt et sjeldent fenomen i det optiske domenet - bare fire slike systemer har blitt avbildet av optiske / infrarøde telekoper til nå.
Det komplekse og relativt lyse systemet RXS J1131-1231 nå oppdaget er et unikt astrofysisk laboratorium. Dets sjeldne egenskaper (f.eks. Lysstyrke, tilstedeværelse av et ringformet bilde, liten rødforskyvning, røntgen- og radioutslipp, synlig linse, ...) vil nå gjøre astronomene i stand til å studere egenskapene til linsegalaksen, inkludert dens stellarinnhold, struktur og massefordeling i stor detalj, og for å undersøke kildemorfologien. Disse studiene vil bruke nye observasjoner som for tiden er oppnådd med VLT ved Paranal, med VLA radiointerferometer i New Mexico og med Hubble romteleskop.
Mer informasjon
Forskningen som er beskrevet i denne pressemeldingen presenteres i et brev til redaktøren, som snart skal vises i det europeiske fagtidsskriftet Astronomy & Astrophysics ("En firedoblet avbildet kvasar med en optisk Einstein-ringskandidat: 1RXS J113155.4-123155", av Dominique Sluse et al.).
Mer informasjon om gravitasjonslinser og om denne forskningsgruppen finner du også på URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Merknader
[1]: Teamet består av Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers og Thodori Nakos (ESO og Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? Dicic Courbin, Christophe Jean, og Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO), og Sergiy Khmil (astronomiske observatoriet ved Shevchentko universitet).
[2]: Kvasarer er spesielt aktive galakser, hvor sentrene avgir store mengder energi og energiske partikler. Det antas at de har et massivt svart hull i sentrum og at energien blir produsert når omgivende materiale faller ned i dette svarte hullet. Denne typen gjenstander ble først oppdaget i 1963 av den nederlandsk-amerikanske astronomen Maarten Schmidt ved Palomar Observatory (California, USA), og navnet refererer til deres "stjerneaktige" utseende på bildene som ble oppnådd på det tidspunktet.
[3]: I astronomi betegner "rødskiftet" brøkdelen som linjene i et objekts spektrum forskyves mot lengre bølgelengder. Siden rødskiftet til et kosmologisk objekt øker med avstand, gir den observerte rødskiftet til en avsidesliggende galakse også et estimat av avstanden.
Originalkilde: ESO News Release
