Kreditna slika: ESO
Astronomi iz evropskega južnega observatorija so našli zelo redko gravitacijsko lečo "Einsteinov obroč", kjer je svetloba iz daljnega kvazarja zvita in povečana z gravitacijo bližje galaksije. Oba predmeta sta tako tesno poravnana, da podoba kvazara tvori obroč okoli galaksije z naše izhodiščne točke tukaj na Zemlji. S skrbnimi meritvami je ekipa lahko ugotovila, da je kvazar oddaljen 6,3 milijarde svetlobnih let, galaksija pa je oddaljena le 3,5 milijarde svetlobnih let, s čimer je postala najbližja gravitacijska leča, ki je bila kdajkoli odkrita.
Mednarodna skupina astronomov [1] je s pomočjo 3,6-metrskega teleskopa ESO v mestu La Silla (Čile) odkrila zapleteno kozmično miraz v južnem ozvezdju krater (The Cup). Ta sistem "gravitacijske leče" je sestavljen iz (vsaj) štirih slik istega kvazarja in obročaste slike galaksije, v kateri prebiva kvazar - znane kot "Einsteinov obroč". Prav tako je dobro vidna bližnja lečarska galaksija, ki povzroča to intrigantno optično iluzijo.
Ekipa je dobila spekter teh predmetov z novo EMMI kamero, nameščeno na ESO 3,5-metrski novi tehnološki teleskop (NTT), tudi v observatoriju La Silla. Ugotavljajo, da je izposojen kvazar [2] nameščen na razdalji 6.300 milijonov svetlobnih let (njegov "rdeč premik" je z = 0,66 [3]), medtem ko je lečeča eliptična galaksija na razdalji grobo na polovici poti med kvazarjem in nami od 3.500 milijonov svetlobnih let (z = 0,3).
Sistem je bil poimenovan RXS J1131-1231 - to je najbližji gravitacijsko posoden kvazar do zdaj odkrit.
Kozmične mirage
Fizikalni princip "gravitacijske leče" (znan tudi kot "kozmični miraz") je bil znan od leta 1916 kot posledica teorije splošne relativnosti Alberta Einsteina. Gravitacijsko polje masivnega predmeta ukrivi lokalno geometrijo Vesolja, zato so svetlobni žarki, ki gredo blizu objekta, upognjeni (kot „ravna črta“ na površini Zemlje je zaradi ukrivljenosti Zemljine površine nujno ukrivljena) .
Ta učinek so astronomi prvič opazili leta 1919 med popolnim sončnim mrkom. Natančne pozicionirane meritve zvezd, ki jih vidimo na temnem nebu blizu zasenčenega Sonca, kažejo navidezni premik v smeri, nasprotno od Sonca, približno toliko, kot je predvidevala Einsteinova teorija. Učinek je posledica gravitacijske privlačnosti zvezdnih fotonov, ko se na poti do nas podajajo blizu Sonca. To je bila neposredna potrditev povsem novega pojava in je pomenil mejnik v fiziki.
V tridesetih letih prejšnjega stoletja je astronom Fritz Zwicky (1898 - 1974), švicarskega državljanstva in delal v Observatoriju Mount Wilson v Kaliforniji, spoznal, da se isti učinek lahko zgodi tudi daleč zunaj v vesolju, kjer so lahko galaksije in veliki grozdski grozdi dovolj kompaktni in masivni da upognemo svetlobo iz še bolj oddaljenih predmetov. Toda šele pet desetletij pozneje, leta 1979, so bile njegove ideje opazovno potrjene, ko so odkrili prvi primer kozmičnega mirage (kot dve sliki istega daljnega kvazarja).
Kozmične mirage ponavadi vidimo kot večkratne slike enega samega kvazarja [2], ki jih posodi galaksija med kvazarjem in nami. Število in oblika podob kvazarja sta odvisni od relativnih položajev kvazarja, leče galaksije in nas. Še več, če bi bila poravnava popolna, bi tudi okoli objektiva za objektiv videli sliko v obliki obroča. Taki "Einsteinovi prstani" so sicer zelo redki in so jih opazili le v zelo malo primerih.
Drug poseben učinek učinka gravitacijske leče je, da lahko povzroči ne samo dvojne ali več slik istega predmeta, temveč tudi, da se svetlost teh slik znatno poveča, tako kot se to zgodi z navadno optično lečo. Oddaljene galaksije in galaksije lahko tako delujejo kot "naravni teleskopi", ki nam omogočajo opazovanje bolj oddaljenih predmetov, ki bi bili sicer preveč bledi, da bi jih zaznali s trenutno razpoložljivimi astronomskimi teleskopi.
Tehnike ostrenja slike bolje rešujejo kozmični miraz
Novo gravitacijsko lečo z oznako RXS J1131-1231 je maja 2002 nenadoma odkril Dominique Sluse, takrat doktorski študent na ESO v Čilu, ob pregledu kvazarskih posnetkov, posnetih s 3,6-metrskim teleskopom ESO v observatoriju La Silla. Odkritje tega sistema je koristilo dobrim pogojem opazovanja, ki so vladali v času opazovanj. Sluse je s preprostim vizualnim pregledom teh slik začasno ugotovil, da ima sistem štiri zvezde (posodjene kvazarske slike) in eno difuzno (lečo) galaksijo.
Zaradi zelo majhne ločitve med komponentami, vrstnega reda ene arcsekunde ali manj, in neizogibnega "zamegljenega" učinka, ki ga povzroča turbulenca v zemeljski atmosferi ("videnje"), so astronomi uporabili sofisticirano programsko opremo za ostrenje slike za izdelavo višjih - ločljive slike, na katerih bi nato lahko izvedli natančne svetline in pozicijske meritve (glej tudi ESO PR 09/97). Ta tako imenovana "dekonvolucija" tehnika omogoča veliko boljši vizualizacijo tega zapletenega sistema, zlasti pa potrditev in vidnejšo povezavo Einsteinovega obroča, prim. PR fotografija 20a / 03.
Identifikacija izvora in leče
Ekipa astronomov [1] je nato uporabila ESO 3,5-metrski novi tehnološki teleskop (NTT) v La Silla, da bi pridobila spektre posameznih slikovnih komponent tega sistema leče. To je nujno, saj tako kot človeški prstni odtisi spektri omogočajo nedvoumno identifikacijo opazovanih predmetov.
Kljub temu pa to ni lahka naloga, saj se različne slike kozmičnega mirage nahajajo na nebu zelo blizu drug drugega in potrebni so najboljši možni pogoji za pridobitev čistih in dobro ločenih spektrov. Vendar pa je odlična optična kakovost NTT v kombinaciji z razmeroma dobrimi vidnimi pogoji (približno 0,7 arsekunde) astronomom omogočila zaznavanje "spektralnih prstnih odtisov" izvora in predmeta, ki deluje kot leča, prim. ESO PR Photo 20b / 03.
Ocenjevanje spektra je pokazalo, da je izvor ozadja kvazar z rdečim premikom z = 0,66 [3], kar ustreza razdalji približno 6.300 milijonov svetlobnih let. Luč iz tega kvazarja je izpuščena z masivno eliptično galaksijo z rdečim premikom z = 0,3, to je na razdalji 3.500 milijonov svetlobnih let ali približno na polovici poti med kvazarjem in nami. Je najbližji gravitacijsko posoden kvazar, znan do danes.
Zaradi specifične geometrije leče in lege leče galaksije je mogoče pokazati, da je treba svetlobo iz razširjene galaksije, v kateri se nahaja kvazar, posoditi in postati vidna kot slika v obliki obroča. Da je temu res tako, je pokazala PR Photo 20a / 03, ki jasno kaže na prisotnost takega "Einsteinovega prstana", ki obdaja podobo bližnje leče galaksije.
Mikro leče znotraj makro leč?
Konkretna konfiguracija posameznih posodjenih slik, ki so jih opazili v tem sistemu, je astronomom omogočila izdelavo podrobnega modela sistema. Iz tega lahko nato napovedujejo relativno svetlost različnih posodjenih slik.
Nekoliko nepričakovano so ugotovili, da napovedane svetilnosti treh najsvetlejših zvezd, podobnih kvazarju, niso v sozvočju z opazovanimi - ena od njih se izkaže za eno velikost (torej faktor 2,5), svetlejša od pričakovane . Ta napoved ne postavlja pod vprašaj splošne relativnosti, ampak kaže, da je v tem sistemu možen še en učinek.
Hipoteza, ki jo je izpostavila ekipa, je, da je ena od slik podvržena "mikrolenjenju". Ta učinek je enak naravi kot kozmični mirage - nastaja več ojačanih slik predmeta, vendar v tem primeru dodatni odsev svetlobe povzroči ena sama zvezda (ali več zvezd) znotraj leče galaksije. Rezultat tega je, da so znotraj ene od makroposodjenih slik dodatne (nerazrešene) slike kvazara.
Rezultat je "prevelika ojačitev" te podobe. Ali je to res tako, bomo kmalu preizkusili z novimi opazovanji tega gravitacijskega sistema leč z ESO zelo velikim teleskopom (VLT) na Paranalu (Čile) in tudi z radijskim opazovalnikom Very Large Array (VLA) v Novi Mehiki (ZDA ).
Outlook
Do zdaj so odkrili 62 več slikovnih kvazarjev, ki v večini primerov prikazujejo 2 ali 4 slike istega kvazarja. Na radijskih valovnih dolžinah pogosto opazimo prisotnost podolgovatih slik kvazarja in zlasti obročastih slik. Vendar to ostaja redek pojav v optični domeni - do zdaj so z optičnimi / infrardečimi teleskopi slikali le štiri take sisteme.
Zdaj odkrit zapleten in razmeroma svetel sistem RXS J1131-1231 je edinstven astrofizični laboratorij. Njegove redke značilnosti (npr. Svetlost, prisotnost slike v obliki obroča, majhen rdeč premik, rentgenska in radijska oddaja, vidna leča…) bodo astronomom zdaj omogočile preučevanje lastnosti galaksije leče, vključno z njeno zvezdno vsebino, z veliko podrobnosti o strukturi in masni porazdelitvi ter o pregledu izvorne morfologije. Te študije bodo uporabile nova opažanja, ki jih trenutno dobimo z VLT na Paranalu, z radijskim interferometrom VLA v Novi Mehiki in s vesoljskim teleskopom Hubble.
Več informacij
Raziskava, opisana v tem sporočilu za javnost, je predstavljena v pismu uredniku, ki se bo kmalu pojavil v evropski strokovni reviji Astronomy & Astrophysics ("Quadruply posneti kvazar z optičnim kandidatom za Einsteinov obroč: 1RXS J113155.4-123155" avtorja Dominique Sluse idr.).
Več informacij o gravitacijskem lečenju in o tej raziskovalni skupini najdete tudi na naslovu: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Opombe
[1]: Ekipo sestavljajo Dominique Sluse, Damien Hutsemkers in Thodori Nakos (ESO in Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? D? Ric Courbin, Christophe Jean in Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) in Sergiy Khmil (Astronomski observatorij univerze Shevchentko).
[2]: Kvazarji so še posebej aktivne galaksije, katerih središča oddajajo ogromne količine energije in energijskih delcev. Verjame se, da v njihovem središču skrivajo ogromno črno luknjo in da se energija proizvaja, ko okoliška snov pade v to črno luknjo. To vrsto predmeta je leta 1963 prvič odkril nizozemsko-ameriški astronom Maarten Schmidt na opazovalnici Palomar (Kalifornija, ZDA), ime pa se nanaša na njihov "zvezdasti" videz na takratnih slikah.
[3]: V astronomiji "rdeči premik" označuje ulomek, s katerim se črte v spektru predmeta preusmerijo na daljše valovne dolžine. Ker se rdeči premik kozmološkega predmeta povečuje z razdaljo, opazovano rdeče premikanje oddaljene galaksije zagotavlja tudi oceno njegove razdalje.
Izvirni vir: ESO News Release
