Bildekreditt: Hubble
Det er kjent mange eksempler der en galakse fungerer som en gravitasjonslinse, og produserer flere bilder på himmelen til et fjernere objekt som en lys kvasar som er skjult bak den. Men det har vært et vedvarende mysterium i over 20 år: Einsteins generelle relativitetsteori spår at det burde være et odde antall bilder, men nesten alle observerte linser har bare 2 eller 4 kjente bilder. Nå har astronom Joshua Winn fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og to tidligere CfA-kolleger, David Rusin (nå ved University of Pennsylvania) og Christopher Kochanek (Ohio State University) identifisert et tredje, sentralt bilde av en linset kvasar. Radioobservasjoner av systemet kjent som PMN J1632-0033 i stjernebildet Ophiuchus avdekket et svakt sentralt bilde, som kan brukes til å undersøke egenskapene til linsegalaksen og det supermassive sorte hullet som forventes å ligge i sentrum.
Å finne dette sentrale bildet er interessant i seg selv, men er enda viktigere for hva det kan fortelle oss om linsegalaksen. Dette gir oss et nytt verktøy for å studere galakser så langt borte at selv til Hubble-romteleskopet er de bare svake flekker, ”sa Winn.
Kvasarer er ekstremt fjerne og lyse gjenstander som antas å være drevet av supermassive sorte hull. De lyser sterkt ved å konvertere tyngdekraften til materie som faller ned i det sorte hullet til lys og andre typer stråling, for eksempel radiobølger.
Ved gravitasjonslinsering bøyes lysstråler fra en kvasar som passerer nær en galakse av galaksenes gravitasjonsfelt, omtrent som de ville være bøyd når de passerer gjennom et glassobjektiv. Jo tettere sentrum av en galakse, og jo sterkere dens tyngdekraft, desto svakere blir det sentrale bildet. Likevel kan dette sentrale bildet, hvis lys har passert nærmest midten av linsegalaksen, fortelle oss mye om galaksens kjerne. Denne muligheten gjør det å finne slike sentrale bilder spesielt ønskelig.
I systemet PMN J1632-0033 linses en radiohøy kvasar på rødskift z = 3,42 (en avstand på omtrent 11,5 milliarder lysår) av en elliptisk galakse ved rødskift z ~ 1 (ca. 8 milliarder lysår unna) . To bilder av kvasaren var kjent for å eksistere, og en tredje, veldig svak radiokilde ble antatt å være det sentrale bildet. Imidlertid var den tredje kilden rett på toppen av linsegalaksen, og det kan ha vært iboende for selve linsegalaksen.
Ved å observere radioen "farge" eller spektrum av alle tre bildene ved hjelp av National Science Foundation's Very Large Array og Very Long Baseline Array, ga Winn og hans kolleger overbevisende bevis på at den tredje kilden faktisk er kvasarens sentrale bilde. Spekteret er i det vesentlige identisk med de to andre bildene, bortsett fra ved lave frekvenser der noe av radioenergien ble absorbert av linsegalaksen.
Geometrien og egenskapene til kvasarens tre bilder forteller oss allerede om kjernen i linsegalaksen. For eksempel veier det sentrale sorte hullet under 200 millioner solmasser. Dessuten er overflatetettheten (mengden av materie som projisert mot himmelplanet) på det sentrale bildets beliggenhet mer enn 20 000 solmasser per kvadrat parsec. (Til sammenligning er overflatetettheten til Melkeveien nær solen vår omtrent 50 solmasser per kvadrat parsec.) Begge tallene for linsegalaksen stemmer overens med forventningene basert på detaljerte observasjoner av galakser hundrevis av ganger nærmere jorden.
Nesten all vår kunnskap om galakssentre kommer fra å studere svært nærliggende galakser. Det oppsiktsvekkende med sentrale bilder er at du kan få lignende informasjon om kjernene til galakser hundrevis av ganger lenger unna, og milliarder år yngre enn våre nærliggende galakser, ”sa Winn.
Denne forskningen er tilgjengelig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 og vil bli publisert i utgaven 12. februar 2004 av tidsskriftet Nature.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, med hovedkontor i Cambridge, Mass., Er et felles samarbeid mellom Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, organisert i seks forskningsavdelinger, studerer universets opprinnelse, evolusjon og endelige skjebne.
Original kilde: Harvard CfA News Release
