Źródło obrazu: SDSS
Soczewkowanie grawitacyjne ma miejsce, gdy światło z odległego obiektu, takiego jak kwazar, jest zniekształcone przez grawitację bliższego obiektu. Astronomowie odkryli właśnie taką soczewkę, w której zniekształcenia są tak duże, że muszą być spowodowane znaczną ilością ciemnej materii - sam widoczny materiał nie może być odpowiedzialny. Ciemna materia jest przewidywana na podstawie jej grawitacyjnego wpływu na galaktyki i gwiazdy we Wszechświecie, ale jak dotąd astronomowie nie są pewni, co to jest; czy to zwykła materia, która jest zbyt zimna, aby ją zobaczyć z Ziemi, czy jakaś egzotyczna cząstka.
Naukowcy Sloan Digital Sky Survey odkryli kwazar z soczewką grawitacyjną o największej kiedykolwiek zarejestrowanej separacji i, wbrew oczekiwaniom, odkryli, że cztery z najbardziej odległych, najbardziej znanych kwazarów, które są znane, nie są poddane grawitacji.
Teoria ogólnej teorii względności Alberta Einsteina przewiduje, że przyciąganie grawitacyjne masywnego ciała może działać jak soczewka, wyginając i zniekształcając światło odległego obiektu. Masywna struktura gdzieś pomiędzy odległym kwazarem a Ziemią może „soczewkować” światło kwazara, dzięki czemu obraz jest znacznie jaśniejszy i daje kilka zdjęć jednego obiektu.
W artykule opublikowanym w magazynie NATURE z 18/25 grudnia, zespół Sloan Digital Sky Survey (SDSS) kierowany przez absolwentów Uniwersytetu Tokijskiego Naohisa Inada i Masamune Oguri donosi, że cztery kwazary w bliskiej odległości są w rzeczywistości światłem z jednego kwazara podzielonego na cztery obrazy za pomocą soczewkowania grawitacyjnego.
Od czasu znalezienia pierwszego przykładu w 1979 r. Odkryto ponad 80 kwazarów z soczewkami grawitacyjnymi. Tuzin skatalogowanych kwazarów z wykorzystaniem soczewek to odkrycia SDSS, z których połowa jest wynikiem pracy Inady i jego zespołu.
Ale to, co sprawia, że to ostatnie odkrycie jest tak dramatyczne, to fakt, że separacja między czterema obrazami jest dwa razy większa niż w jakimkolwiek znanym wcześniej kwazarie poddanym grawitacji. Do czasu odkrycia tego kwazara z poczwórną soczewką największy rozdział znany w kwazarach z grawitacją wynosił 7 sekund łuku. Kwazar znaleziony przez zespół SDSS leży w konstelacji Leo Minora; składa się z czterech obrazów oddzielonych 14,62 sekundy łuku.
Aby uzyskać tak duży rozdział, stężenie materii powodujące soczewkowanie musi być szczególnie wysokie. Na pierwszym planie tej soczewki grawitacyjnej znajduje się gromada galaktyk; ciemna materia związana z gromadą musi być odpowiedzialna za niespotykaną dotąd dużą separację.
„Dodatkowe obserwacje uzyskane w 8,2-metrowym teleskopie Subaru i teleskopie Keck potwierdziły, że ten system jest rzeczywiście soczewką grawitacyjną”, wyjaśnia Inada. „Oczekuje się, że kwazary podzielone tak bardzo przez soczewkowanie grawitacyjne będą bardzo rzadkie i dlatego można je wykryć tylko w bardzo dużych badaniach, takich jak SDSS”.
Oguri dodał: „Odkrycie jednej z takich szerokich soczewek grawitacyjnych spośród ponad 30 000 badanych kwazarów SDSS jest całkowicie zgodne z teoretycznymi oczekiwaniami dotyczącymi modeli, w których wszechświat jest zdominowany przez zimną ciemną materię. Daje to dodatkowe mocne dowody dla takich modeli. ” (Zimna ciemna materia, w przeciwieństwie do gorącej ciemnej materii, tworzy ciasne grudki, takie, które powodują tego rodzaju soczewkę grawitacyjną).
„Odkryta przez nas soczewka grawitacyjna zapewni idealne laboratorium do badania relacji między widocznymi obiektami i niewidzialną ciemną materią we wszechświecie” - wyjaśnił Oguri.
W drugim artykule opublikowanym w czasopiśmie Astronomical Journal w marcu 2004 r. Zespół kierowany przez Gordona Richardsa z Princeton University wykorzystał wysoką rozdzielczość Kosmicznego Teleskopu Hubble'a do zbadania czterech najbardziej odległych kwazarów odkrytych przez SDSS pod kątem oznak soczewkowania grawitacyjnego .
Patrząc na duże odległości w astronomii, patrzy się w przeszłość. Te kwazary są widoczne w czasach, gdy wszechświat był mniej niż 10 procent jego obecnego wieku. Te kwazary są niezwykle świecące i uważa się, że są zasilane przez ogromne czarne dziury o masach kilka miliardów mas Słońca. Naukowcy powiedzieli, że to prawdziwa tajemnica, jak tak ogromne czarne dziury mogły powstać tak wcześnie we wszechświecie. Jeśli jednak obiekty te zostaną poddane soczewkowaniu grawitacyjnemu, badacze SDSS wywnioskowaliby znacznie mniejsze jasności, a tym samym masy czarnych dziur, ułatwiając wyjaśnienie ich powstawania.
„Im bardziej kwazar jest oddalony, tym bardziej prawdopodobne jest, że galaktyka leży między nią a widzem. Właśnie dlatego spodziewaliśmy się lenowania najodleglejszych kwazarów ”- wyjaśnił badacz SDSS Xiaohui Fan z University of Arizona. Jednak wbrew oczekiwaniom żadna z czterech nie wykazuje żadnych oznak wielu zdjęć, które są znakiem rozpoznawczym obiektywów.
„Tylko niewielka część kwazarów jest poddana grawitacji. Jednak kwazary tak jasne są bardzo rzadkie w odległym wszechświecie. Ponieważ soczewkowanie sprawia, że kwazary wydają się jaśniejsze, a zatem łatwiejsze do wykrycia, spodziewaliśmy się, że nasze odległe kwazary będą najbardziej podatne na lenowanie ”- zasugerował członek zespołu Zoltan Haiman z Columbia University.
„Fakt, że kwazary nie są soczewkowane, mówi, że astronomowie muszą poważnie potraktować pomysł, że kwazary mają kilka miliardów razy większą niż masa Słońca uformowana mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu”, powiedział Richards. „Szukamy teraz więcej przykładów kwazarów o wysokim przesunięciu ku czerwieni w SDSS, aby dać teoretykom jeszcze więcej supermasywnych czarnych dziur do wyjaśnienia”.
Oryginalne źródło: SDSS News Release
