Źródło zdjęcia: Hubble
Znanych jest wiele przykładów, w których galaktyka działa jak soczewka grawitacyjna, wytwarzając wiele zdjęć na niebie bardziej odległego obiektu, takiego jak ukryty za nim kwazar. Ale od ponad 20 lat istnieje niezmienna tajemnica: ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że powinna istnieć nieparzysta liczba zdjęć, ale prawie wszystkie obserwowane obiektywy mają tylko 2 lub 4 znane obrazy. Teraz astronom Joshua Winn z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i dwóch byłych współpracowników CfA, David Rusin (obecnie na University of Pennsylvania) i Christopher Kochanek (The Ohio State University), zidentyfikowali trzeci, centralny obraz soczewiony kwazar. Obserwacje radiowe systemu znanego jako PMN J1632-0033 w gwiazdozbiorze Ophiuchus ujawniły słaby obraz centralny, który można wykorzystać do zbadania właściwości galaktyki soczewkowej i supermasywnej czarnej dziury, która ma leżeć w jej centrum.
„Znalezienie tego centralnego obrazu jest samo w sobie interesujące, ale jeszcze ważniejsze dla tego, co może nam powiedzieć o galaktyce soczewkowej. To oferuje nam nowe narzędzie do badania galaktyk tak daleko, że nawet dla Kosmicznego Teleskopu Hubble'a są to po prostu słabe plamy ”- powiedział Winn.
Kwazary są wyjątkowo odległymi i jasnymi obiektami, o których uważa się, że są zasilane przez supermasywne czarne dziury. Świecą jasno, przekształcając energię grawitacyjną materii wpadającej do czarnej dziury w światło i inne rodzaje promieniowania, takie jak fale radiowe.
W soczewkowaniu grawitacyjnym promienie świetlne z kwazara, które przechodzą blisko galaktyki, są wyginane przez pole grawitacyjne galaktyki, podobnie jak byłyby wyginane podczas przechodzenia przez szklaną soczewkę. Im gęstszy środek galaktyki i im większa jest jej grawitacja, tym słabszy będzie obraz centralny. Jednak ten centralny obraz, którego światło przeszło najbliżej środka galaktyki soczewkowej, może nam wiele powiedzieć o jądrze tej galaktyki. Ta możliwość sprawia, że znalezienie takich centralnych obrazów jest szczególnie pożądane.
W systemie PMN J1632-0033 głośno-radiowy kwazar przy przesunięciu ku czerwieni z = 3,42 (odległość około 11,5 miliarda lat świetlnych) jest soczewkowany przez galaktykę eliptyczną przy przesunięciu ku czerwieni z ~ 1 (w odległości około 8 miliardów lat świetlnych) . Wiadomo, że istnieją dwa obrazy kwazara, a podejrzewano, że trzecim, bardzo słabym źródłem radiowym jest obraz centralny. Jednak to trzecie źródło znajdowało się bezpośrednio nad galaktyką soczewkową, a zatem mogło być nieodłącznym elementem samej galaktyki soczewkowej.
Obserwując „kolor” lub spektrum radiowe wszystkich trzech obrazów za pomocą Very Large Array i Very Long Baseline Array, Winn i jego koledzy dostarczyli przekonujących dowodów, że trzecie źródło jest rzeczywiście centralnym obrazem kwazara. Jego spektrum jest zasadniczo identyczne z pozostałymi dwoma obrazami, z wyjątkiem niskich częstotliwości, w których część energii radiowej została pochłonięta przez galaktykę soczewkową.
Geometria i właściwości trzech obrazów kwazara już mówią nam o jądrze galaktyki soczewkowej. Na przykład jego centralna czarna dziura waży mniej niż 200 milionów mas Słońca. Również jego gęstość powierzchniowa (ilość materii rzutowana na płaszczyznę nieba) w miejscu centralnego obrazu wynosi ponad 20 000 mas Słońca na parsek kwadratowych. (Dla porównania gęstość powierzchniowa Drogi Mlecznej w pobliżu naszego Słońca wynosi około 50 mas Słońca na parsek kwadratowy.) Obie liczby dla galaktyki soczewkowej są zgodne z oczekiwaniami opartymi na szczegółowych obserwacjach galaktyk setki razy bliższych Ziemi.
„Prawie cała nasza wiedza na temat centrów galaktyk pochodzi z badań bardzo bliskich galaktyk. Niezwykłą rzeczą w centralnych obrazach jest to, że można uzyskać podobne informacje o rdzeniach galaktyk setki razy dalej i miliardy lat młodszych niż nasze sąsiednie galaktyki ”- powiedział Winn.
Badanie jest dostępne online na stronie http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 i zostanie opublikowane w czasopiśmie Nature z 12 lutego 2004 r.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: Harvard CfA News Release
