Źródło zdjęcia: ESO
Astronomowie z Europejskiego Obserwatorium Południowego odkryli bardzo rzadką soczewkę grawitacyjną „pierścień Einsteina”, w której światło z odległego kwazara jest wypaczane i powiększane przez grawitację bliższej galaktyki. Oba obiekty są tak blisko siebie ustawione, że obraz kwazara tworzy pierścień wokół galaktyki z naszego punktu obserwacyjnego na Ziemi. Po dokładnych pomiarach zespół był w stanie ustalić, że kwazar znajduje się w odległości 6,3 miliarda lat świetlnych, a galaktyka w odległości zaledwie 3,5 miliarda lat świetlnych, co czyni go najbliższą odkrytą soczewką grawitacyjną.
Za pomocą teleskopu ESO 3,6 m w La Silla (Chile) międzynarodowy zespół astronomów [1] odkrył złożony kosmiczny miraż w południowej konstelacji Krateru (Kielich). Ten system „soczewek grawitacyjnych” składa się (co najmniej) z czterech obrazów tego samego kwazara, a także z pierścieniowego zdjęcia galaktyki, w której kwazar się znajduje - znanej jako „pierścień Einsteina”. Bardziej zbliżona galaktyka soczewkowa, która powoduje to intrygujące złudzenie optyczne, jest również dobrze widoczna.
Zespół uzyskał widma tych obiektów dzięki nowej kamerze EMMI zamontowanej na 3,5-metrowym teleskopie ESO ESO (NTT), również w obserwatorium La Silla. Odkrywają, że soczewiony kwazar [2] znajduje się w odległości 6300 milionów lat świetlnych (jego „przesunięcie ku czerwieni” wynosi z = 0,66 [3]), podczas gdy soczewka galaktyki eliptycznej znajduje się mniej więcej w połowie drogi między kwazarem a nami, w pewnej odległości 3500 milionów lat świetlnych (z = 0,3).
System został oznaczony jako RXS J1131-1231 - jest to najbliższy dotychczas odkryty kwazar z soczewką grawitacyjną.
Kosmiczne miraże
Fizyczna zasada „soczewki grawitacyjnej” (znanej również jako „kosmiczny miraż”) znana jest od 1916 r. Jako konsekwencja teorii ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Pole grawitacyjne masywnego obiektu zakrzywia lokalną geometrię Wszechświata, więc promienie świetlne przechodzące blisko obiektu są wygięte (jak „prosta linia” na powierzchni Ziemi jest koniecznie zakrzywiona z powodu zakrzywienia powierzchni Ziemi) .
Ten efekt został po raz pierwszy zaobserwowany przez astronomów w 1919 r. Podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Dokładne pomiary położenia gwiazd widoczne na ciemnym niebie w pobliżu zaćmionego Słońca wskazywały pozorne przemieszczenie w kierunku przeciwnym do Słońca, mniej więcej tak, jak przewidywała teoria Einsteina. Efekt ten wynika z przyciągania grawitacyjnego fotonów gwiezdnych, gdy przechodzą w pobliżu Słońca w drodze do nas. Było to bezpośrednie potwierdzenie zupełnie nowego zjawiska i stanowiło kamień milowy w fizyce.
W latach 30. astronom Fritz Zwicky (1898–1974), obywatelstwo szwajcarskie i pracujący w Obserwatorium Mount Wilson w Kalifornii, zdał sobie sprawę, że ten sam efekt może wystąpić także daleko w przestrzeni kosmicznej, gdzie galaktyki i duże gromady galaktyk mogą być wystarczająco zwarte i masywne zginać światło od jeszcze bardziej odległych obiektów. Jednak dopiero pięćdziesiąt lat później, w 1979 r., Jego idee zostały obserwacyjnie potwierdzone, gdy odkryto pierwszy przykład kosmicznego mirażu (jako dwa obrazy tego samego odległego kwazara).
Kosmiczne miraże są na ogół postrzegane jako wielokrotne obrazy pojedynczego kwazara [2], skonstruowanego przez galaktykę zlokalizowaną między kwazarem a nami. Liczba i kształt obrazów kwazara zależy od względnych pozycji kwazara, galaktyki soczewkowej i nas. Ponadto, gdyby wyrównanie było idealne, zobaczylibyśmy również obraz w kształcie pierścienia wokół obiektywu. Takie „pierścienie Einsteina” są jednak bardzo rzadkie i zaobserwowano je tylko w nielicznych przypadkach.
Innym szczególnym zainteresowaniem efektu soczewkowania grawitacyjnego jest to, że może on nie tylko skutkować podwójnymi lub wielokrotnymi obrazami tego samego obiektu, ale także, że jasność tych obrazów znacznie wzrasta, tak jak dzieje się to w przypadku zwykłej soczewki optycznej. Odległe galaktyki i gromady galaktyk mogą tym samym działać jako „naturalne teleskopy”, które pozwalają nam obserwować bardziej odległe obiekty, które w innym przypadku byłyby zbyt słabe, aby można je było wykryć za pomocą obecnie dostępnych teleskopów astronomicznych.
Techniki wyostrzania obrazu lepiej rozwiązują kosmiczny miraż
Nowa soczewka grawitacyjna, oznaczona RXS J1131-1231, została przypadkowo odkryta w maju 2002 r. Przez Dominique'a Sluse, wówczas doktoranta w ESO w Chile, podczas inspekcji zdjęć kwazarowych wykonanych za pomocą 3,6-metrowego teleskopu ESO w Obserwatorium La Silla. Odkrycie tego systemu korzystało z dobrych warunków obserwacyjnych panujących w czasie obserwacji. Na podstawie prostej wizualnej inspekcji tych obrazów Sluse wstępnie stwierdził, że układ ma cztery elementy podobne do gwiazdy (soczewkowe obrazy kwazarowe) i jeden element rozproszony (galaktyka soczewkowa).
Ze względu na bardzo mały odstęp między składnikami, rzędu jednej sekundy łukowej lub mniej, oraz nieunikniony efekt „rozmycia” spowodowany turbulencjami w ziemskiej atmosferze („widzenie”), astronomowie wykorzystali zaawansowane oprogramowanie do wyostrzania obrazu, aby wytworzyć wyższe - obrazy rozdzielczości, na których można następnie wykonać dokładne pomiary jasności i położenia (patrz także ESO PR 09/97). Ta tak zwana technika „dekonwolucji” umożliwia znacznie lepszą wizualizację tego złożonego układu, a w szczególności potwierdzenie i uwydatnienie powiązanego pierścienia Einsteina, por. Zdjęcie PR 20a / 03.
Identyfikacja źródła i soczewki
Zespół astronomów [1] następnie wykorzystał 3,5-metrowy Teleskop Nowej Technologii ESO (NTT) w La Silla w celu uzyskania widm poszczególnych składników obrazu tego układu soczewkowego. Jest to konieczne, ponieważ podobnie jak ludzkie odciski palców, widma umożliwiają jednoznaczną identyfikację obserwowanych obiektów.
Niemniej jednak nie jest to łatwe zadanie, ponieważ różne obrazy kosmicznego mirażu znajdują się bardzo blisko siebie na niebie i potrzebne są najlepsze możliwe warunki, aby uzyskać czyste i dobrze oddzielone widma. Jednak doskonała jakość optyczna NTT w połączeniu z dość dobrymi warunkami widzenia (około 0,7 sekundy łuku) pozwoliła astronomom wykryć „spektralne odciski palców” zarówno źródła, jak i obiektu działającego jak soczewka, por. ESO PR Zdjęcie 20b / 03.
Ocena widm wykazała, że źródłem tła jest kwazar o przesunięciu ku czerwieni z = 0,66 [3], co odpowiada odległości około 6300 milionów lat świetlnych. Światło z tego kwazara jest soczewkowane przez masywną galaktykę eliptyczną o przesunięciu ku czerwieni z = 0,3, tj. W odległości 3500 milionów lat świetlnych lub mniej więcej w połowie odległości między kwazarem a nami. Jest to najbliższy znany kwazar z soczewkami grawitacyjnymi.
Ze względu na specyficzną geometrię soczewki i położenie galaktyki soczewki można pokazać, że światło z rozszerzonej galaktyki, w której znajduje się kwazar, powinno być również soczewkowane i stać się widoczne jako obraz w kształcie pierścienia. Tak jest właśnie w przypadku fotografii PR 20a / 03, która wyraźnie pokazuje obecność takiego „pierścienia Einsteina”, otaczającego obraz bliższej galaktyki soczewkowej.
Mikrosoczewkowanie w makroobiektywowaniu?
Konkretna konfiguracja poszczególnych soczewkowych obrazów obserwowanych w tym systemie pozwoliła astronomom na stworzenie szczegółowego modelu systemu. Na ich podstawie mogą następnie przewidywać względną jasność różnych soczewkowanych obrazów.
Nieoczekiwanie okazało się, że przewidywane jasności trzech najjaśniejszych obrazów kwazara podobnych do gwiazd nie są zgodne z obserwowanymi - jedno z nich okazuje się jednej wielkości (2,5-krotnie) jaśniejszej niż oczekiwano . Ta prognoza nie podważa ogólnej teorii względności, ale sugeruje, że w tym systemie działa inny efekt.
Zespół wysunął hipotezę, że jeden z obrazów podlega „mikrosoczewkowaniu”. Efekt ten ma tę samą naturę, co kosmiczny miraż - powstaje wiele wzmocnionych obrazów obiektu - ale w tym przypadku dodatkowe odchylenie promienia świetlnego jest powodowane przez pojedynczą gwiazdę (lub kilka gwiazd) w obrębie galaktyki soczewkowej. Rezultat jest taki, że istnieją dodatkowe (nierozwiązane) obrazy kwazara w jednym z makrosoczewkowych obrazów.
Rezultatem jest „nadmierne wzmocnienie” tego konkretnego obrazu. To, czy tak jest naprawdę, zostanie wkrótce przetestowane za pomocą nowych obserwacji tego systemu soczewek grawitacyjnych z ESO Very Large Telescope (VLT) w Paranal (Chile), a także z obserwatorium radiowym Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku (USA) ).
Perspektywy
Do tej pory odkryto 62 kwazary z wieloma obrazami, w większości przypadków pokazujące 2 lub 4 obrazy tego samego kwazara. Obecność wydłużonych obrazów kwazara, a w szczególności obrazów podobnych do pierścieni, często obserwuje się przy długości fal radiowych. Jednak pozostaje to rzadkim zjawiskiem w dziedzinie optycznej - tylko cztery takie systemy były dotąd obrazowane przez teleskopy optyczne / podczerwone.
Odkryty teraz złożony i stosunkowo jasny układ RXS J1131-1231 jest unikalnym laboratorium astrofizycznym. Jego rzadkie cechy (np. Jasność, obecność obrazu w kształcie pierścienia, małe przesunięcie ku czerwieni, promieniowanie rentgenowskie i emisja radiowa, soczewka widzialna,…) pozwolą teraz astronomom badać właściwości galaktyki soczewkowej, w tym jej gwiezdną zawartość, szczegółowa struktura i rozkład masy oraz badanie morfologii źródła. W badaniach tych zostaną wykorzystane nowe obserwacje, które są obecnie uzyskiwane za pomocą VLT w Paranal, za pomocą interferometru radiowego VLA w Nowym Meksyku i za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
Więcej informacji
Badania opisane w tym komunikacie prasowym zostały przedstawione w Liście do redakcji, który wkrótce pojawi się w europejskim profesjonalnym czasopiśmie Astronomy & Astrophysics („Kwasar z czterema obrazami z kandydatem na pierścień optyczny Einsteina: 1RXS J113155.4-123155” Dominique Sluse i wsp.).
Więcej informacji na temat soczewkowania grawitacyjnego i tej grupy badawczej można również znaleźć pod adresem URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Notatki
[1]: Zespół składa się z Dominique Sluse, Damiena Hutsemakersa i Thodori Nakos (ESO i Institut d'Astrophysique et de Gouhourique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? D? Ric Courbin, Christophe Jean i Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) i Sergiy Khmil (Astronomical Observatory of Shevchentko University).
[2]: Kwazary są szczególnie aktywnymi galaktykami, których centra emitują ogromne ilości energii i cząstek energetycznych. Uważa się, że w ich centrum znajduje się ogromna czarna dziura i że energia powstaje, gdy otaczająca materia wpada do tej czarnej dziury. Ten typ obiektu został po raz pierwszy odkryty w 1963 r. Przez holendersko-amerykańskiego astronoma Maartena Schmidta w Obserwatorium Palomar (Kalifornia, USA), a nazwa odnosi się do ich „gwiazdopodobnego” wyglądu na uzyskanych w tym czasie obrazach.
[3]: W astronomii „przesunięcie ku czerwieni” oznacza ułamek, o który linie w widmie obiektu są przesuwane w kierunku dłuższych fal. Ponieważ przesunięcie ku czerwieni obiektu kosmologicznego rośnie wraz z odległością, obserwowane przesunięcie ku czerwieni odległej galaktyki zapewnia również oszacowanie jej odległości.
Oryginalne źródło: ESO News Release
