Einstein ringgravitasjonslinse: SDSS J163028.15 + 452036.2. Bildekreditt: Hubble. Klikk for å forstørre
Da Albert Einstein utviklet sin teori om generell relativitet, for nesten et århundre siden, foreslo han at gravitasjonsfeltet fra massive gjenstander dramatisk kunne fordreie rom og avlede lys.
Den optiske illusjonen skapt av denne effekten kalles gravitasjonslinsing. Det er naturens ekvivalent med å ha en gigantisk forstørrelseslinse i rommet som forvrenger og forsterker lyset fra fjernere objekter. Einstein beskrev gravitasjonslinser i et papir som ble publisert i 1936. Men han mente effekten var uobserverbar fordi de optiske forvrengningene produsert av forgrunnsstjerner som snevrommet ville være for små til noen gang å kunne måles av de største teleskopene i hans tid.
Nå, nesten et århundre senere, har astronomer kombinert to kraftige astronomiske eiendeler, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og NASAs Hubble-romteleskopet, for å identifisere 19 nye "gravitasjonslystne linser" -galakser, noe som tilfører betydelig de rundt 100 gravitasjonslinsene som tidligere var kjent. Blant disse 19 har de funnet åtte nye såkalte “Einstein-ringer”, som kanskje er den mest elegante manifestasjonen av linsefenomenet. Bare tre slike ringer var tidligere sett i synlig lys.
I gravitasjonslinser kan lys fra fjerne galakser avbøyes på vei til Jorden ved hjelp av gravitasjonsfeltet til enhver massiv gjenstand som ligger i veien. På grunn av dette ser vi galaksen forvrengt til en bue eller flere separate bilder. Når begge galaksene er nøyaktig stilt opp, danner lyset et oksemønster, kalt en Einstein-ring, rundt forgrunnen galakse.
De nyoppdagede linsene kommer fra et pågående prosjekt kalt Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Et team av astronomer, ledet av Adam Bolton fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Og Leon Koopmans fra Kapteyn Astronomical Institute i Nederland, valgte kandidatlinsene fra flere hundre tusen optiske spektre av elliptiske galakser i Sloan Digital Sky Survey. De brukte deretter de skarpe øynene til Hubbles Advanced Camera for Surveys for å bekrefte.
"Den massive omfanget av SDSS, sammen med bildekvaliteten til Hubble-teleskopet, har åpnet denne enestående muligheten for å oppdage nye gravitasjonslinser," forklarte Bolton. "Vi har lyktes med å identifisere den av hver 1000 galakser som viser disse tegnene på gravitasjonslinsering av en annen galakse."
SLACS-teamet skannet spektrene i omtrent 200 000 galakser 2 til 4 milliarder lysår unna. Teamet lette etter klare bevis på utslipp fra galakser dobbelt så langt fra Jorden og rett bak de nærmere galakser. De brukte deretter Hubbles Advanced Camera for Surveys for å knipse bilder av 28 av disse kandidatlinsegalakser. Ved å studere buer og ringer produsert av 19 av disse kandidatene, kan astronomene nøyaktig måle massen til forgrunnen galakser.
I tillegg til å produsere rare former, gir gravitasjonslinser astronomer den mest direkte sonden for distribusjon av mørk materie i elliptiske galakser. Mørk materie er en usynlig og eksotisk form for materie som ennå ikke er direkte observert. Astronomer utlede sin eksistens ved å måle dens gravitasjonspåvirkning. Mørk materie er gjennomgripende innenfor galakser og utgjør mesteparten av universets totale masse. Ved å søke etter mørk materie i galakser, håper astronomer å få innsikt i galaksedannelse, som må ha startet rundt klumpete konsentrasjoner av mørk materie i det tidlige universet.
"Resultatene våre indikerer at disse 'elliptiske linsegalakser i gjennomsnitt har den samme spesielle massetetthetsstrukturen som observert i spiralgalakser," fortsatte Bolton. “Dette tilsvarer en økning i andelen mørk materie i forhold til stjerner når man beveger seg bort fra sentrum av linsegalaksen og inn i dens svakere utkant. Og siden disse linsegelaksen er relativt lyse, kan vi størkne dette resultatet med ytterligere bakkebaserte spektroskopiske observasjoner av stjernebevegelsene i linsene. ”
"Å kunne studere disse og andre gravitasjonslinser så langt tilbake i tid som flere milliarder år, gjør det mulig for oss å se direkte om fordelingen av mørke [usynlige] og synlige masse endres med den kosmiske tiden," la Dr. Koopmans til. "Med denne informasjonen kan vi teste den vanligste ideen om at galakser dannes fra kollisjon og sammenslåing av mindre galakser."
Sloan Digital Sky Survey, som SLACS-objektivkandidatprøven ble valgt fra, ble startet i 1998 med et spesialbygget bakkebasert teleskop for å måle fargene og lysstyrken til mer enn 100 millioner objekter over en fjerdedel av himmelen og kartet avstandene til en million galakser og kvasarer. "Denne typen gravitasjonsobjektivundersøkelse var ikke et originalt mål for SDSS, men ble gjort mulig av den utmerkede kvaliteten på SDSS-dataene," sier Scott Burles fra Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, Mass., Et SLACS-teammedlem og en av skaperne av SDSS.
"En ekstra bonus med den store størrelsen på SDSS-databasen er at vi kan utforme søkekriteriene våre slik at vi finner linsene som er best egnet for spesifikke vitenskapelige mål," sa SLACS-teammedlem Tommaso Treu ved University of California, Santa Barbara . Mens vi til nå har valgt de største galaksene som våre mål, i de neste stadiene av undersøkelsen er vi rettet mot mindre linsegalakser. Det har vært forslag om at galaksenes struktur endrer seg med galakstørrelsen. Ved å identifisere disse sjeldne objektene ‘on demand’, vil vi snart kunne prøve for første gang om dette er sant. ”
Lagt til SLACS-teammedlem Leonidas Moustakas fra NASA Jet Propulsion Laboratory og California Institute of Technology i Pasadena, California: “Disse Einstein-ringene gir også en uovertruffen forstørret utsikt over de linsede galaksene, slik at vi kan studere stjernene og formasjonshistoriene til disse fjerne galakser. ”
SLACS-undersøkelsen fortsetter, og hittil har teamet brukt Hubble til å studere nesten 50 av sine kandidatlinsegalakser. Den endelige summen forventes å være mer enn 100, med mange flere nye linser blant dem. De første funnene av undersøkelsen vil vises i februar 2006-utgaven av Astrophysical Journal og i to andre artikler som er sendt inn til det tidsskriftet.
Originalkilde: Hubblesite News Release
