Bildkredit: ESO
Astronomer från European Southern Observatory har hittat en mycket sällsynt "Einstein-ring" -gravitationslins, där ljuset från en avlägsen kvasar vrids och förstoras av tyngden i en närmare galax. De två föremålen är så nära inriktade att bilden av kvasaren bildar en ring runt galaxen från vår utsiktspunkt här på jorden. Med noggranna mätningar kunde teamet fastställa att kvasaren är 6,3 miljarder ljusår bort, och galaxen är bara 3,5 miljarder ljusår bort, vilket gör den till den närmaste gravitationslinsen som någonsin upptäckts.
Med hjälp av ESO 3,6 m-teleskopet vid La Silla (Chile) har ett internationellt team av astronomer [1] upptäckt ett komplext kosmiskt mirage i den södra konstellationen Crater (The Cup). Detta "gravitationslins" -system består av (minst) fyra bilder av samma kvasar samt en ringformad bild av galaxen där kvasaren finns - känd som en "Einsteinring". Den mer närliggande linsgalaxen som orsakar denna spännande optiska illusion är också väl synlig.
Teamet fick spektra av dessa föremål med den nya EMMI-kameran monterad på ESO 3,5-m New Technology Telescope (NTT), också vid La Silla-observatoriet. De finner att den linsade kvasaren [2] är belägen på ett avstånd av 6 300 miljoner ljusår (dess "rödförskjutning" är z = 0,66 [3]) medan den linsformiga elliptiska galaxen är grovt halvvägs mellan kvasaren och oss på avstånd på 3 500 miljoner ljusår (z = 0,3).
Systemet har utsetts till RXS J1131-1231 - det är den närmaste gravitationslinsade kvasaren som hittills upptäckts.
Kosmiska mirages
Den fysiska principen bakom en "gravitationslins" (även känd som en "kosmisk mirage") har varit känd sedan 1916 som en följd av Albert Einsteins teori om allmän relativitet. Gravitationsfältet för ett massivt objekt krökar universums lokala geometri, så att ljusstrålar som passerar nära objektet böjs (som en "rak linje" på jordens yta är nödvändigtvis böjd på grund av jordens yta krökning) .
Denna effekt observerades först av astronomer 1919 under en total solförmörkelse. Exakta positionsmätningar av stjärnor sett på den mörka himlen nära den förmörkade solen indikerade en uppenbar förskjutning i motsatt riktning mot solen, ungefär lika mycket som förutspått av Einsteins teori. Effekten beror på gravitationsattraktionen hos stjärnfotonerna när de passerar nära solen på väg till oss. Detta var en direkt bekräftelse av ett helt nytt fenomen och det representerade en milstolpe i fysiken.
På 1930-talet insåg astronomen Fritz Zwicky (1898 - 1974), med schweizisk nationalitet och arbetade vid Mount Wilson Observatory i Kalifornien, att samma effekt också kan hända långt ute i rymden där galaxer och stora galaxkluster kan vara tillräckligt kompakta och massiva att böja ljuset från ännu mer avlägsna föremål. Det var emellertid först fem decennier senare, 1979, som hans idéer bekräftades i observationer när det första exemplet på en kosmisk mirage upptäcktes (som två bilder av samma avlägsna kvasar).
Kosmiska mirages ses i allmänhet som flera bilder av en enda kvasar [2], linsad av en galax som ligger mellan kvasaren och oss. Antalet och formen på bilderna på kvasaren beror på de relativa positionerna för kvasaren, linsegalaxen och oss. Dessutom, om justeringen var perfekt, skulle vi också se en ringformad bild runt objektivet. Sådana "Einstein-ringar" är dock mycket sällsynta och har bara observerats i mycket få fall.
Ett annat särskilt intresse för gravitationslinsningseffekten är att den inte bara kan resultera i dubbla eller flera bilder av samma objekt, utan också att ljusstyrkan hos dessa bilder ökar avsevärt, precis som det händer med en vanlig optisk lins. Avlägsna galaxer och galaxkluster kan därmed fungera som ”naturliga teleskoper” som gör det möjligt för oss att observera mer avlägsna föremål som annars skulle ha varit för svaga för att detekteras med för närvarande tillgängliga astronomiska teleskoper.
Bildskärpningstekniker löser det kosmiska spegelverket bättre
En ny gravitationslins, benämnd RXS J1131-1231, upptäckte serendipitöst i maj 2002 av Dominique Sluse, då en doktorand vid ESO i Chile, medan han inspekterade kvasarbilder tagna med ESO 3,6-m teleskop vid La Silla-observatoriet. Upptäckten av detta system drog nytta av de goda observationsförhållandena som rådde vid observationerna. Från en enkel visuell inspektion av dessa bilder drog Sluse preliminärt slutsatsen att systemet hade fyra stjärnliknande (de linsade kvasarbilderna) och en diffus (linsningsgalaxen) komponent.
På grund av den mycket lilla åtskillnaden mellan komponenterna, i storleksordningen ett bågsekund eller mindre, och den oundvikliga "suddiga" effekten orsakad av turbulens i den jordiska atmosfären ("se"), använde astronomerna sofistikerad bildskärpningsprogramvara för att producera högre -upplösningsbilder på vilka exakt ljusstyrka och positionsmätningar sedan kunde utföras (se även ESO PR 09/97). Denna så kallade "dekonvolution" -teknik gör det möjligt att visualisera detta komplexa system mycket bättre och i synnerhet bekräfta och göra mer synlig den associerade Einstein-ringen, jfr. PR-foto 20a / 03.
Identifiering av källan och linsen
Teamet av astronomer [1] använde sedan ESO 3,5-m New Technology Telescope (NTT) vid La Silla för att få spektra av de individuella bildkomponenterna i detta linssystem. Detta är nödvändigt eftersom spektra, precis som mänskliga fingeravtryck, möjliggör entydig identifiering av de observerade föremålen.
Ändå är detta inte en lätt uppgift eftersom de olika bilderna av den kosmiska spegeln ligger mycket nära varandra på himlen och de bästa möjliga förhållandena behövs för att få rena och väl separerade spektra. NTT: s utmärkta optiska kvalitet i kombination med tämligen goda synförhållanden (cirka 0,7 arcsekund) gjorde det möjligt för astronomerna att upptäcka "spektrala fingeravtryck" för både källan och objektet som fungerar som en lins, jfr. ESO PR Photo 20b / 03.
Utvärderingen av spektra visade att bakgrundskällan är en kvasar med en rödförskjutning av z = 0,66 [3], vilket motsvarar ett avstånd på cirka 6 300 miljoner ljusår. Ljuset från denna kvasar linsas av en massiv elliptisk galax med en rödförskjutning z = 0,3, dvs på ett avstånd av 3 500 miljoner ljusår eller ungefär halvvägs mellan kvasaren och oss. Det är den närmaste närmaste gravitationslinsade kvasaren.
På grund av linsens specifika geometri och linsningsgalaxens position är det möjligt att visa att ljuset från den utsträckta galaxen där kvasaren är belägen också bör vara linsad och bli synlig som en ringformad bild. Att detta verkligen är fallet visas av PR Photo 20a / 03 som tydligt visar närvaron av en sådan "Einsteinring", som omger bilden av den närliggande linsgalaxen.
Mikrolinsering inom makrolinsering?
Den speciella konfigurationen av de individuella linsbilder som observerats i detta system har gjort det möjligt för astronomerna att producera en detaljerad modell av systemet. Från detta kan de sedan göra förutsägelser om den relativa ljusstyrkan för de olika linsade bilderna.
Något oväntat fann de att de förutsagda ljusstyrkan för de tre ljusaste stjärnliknande bilderna på kvasaren inte överensstämmer med de observerade - en av dem visar sig vara en storlek (det vill säga en faktor 2,5) ljusare än väntat . Denna förutsägelse ifrågasätter inte allmän relativitet, men antyder att en annan effekt är i arbete i detta system.
Hypotesen framfört av teamet är att en av bilderna är föremål för ”mikrolensering”. Denna effekt är av samma karaktär som den kosmiska miragen - flera förstärkta bilder av objektet bildas - men i detta fall orsakas ytterligare ljusstråleböjning av en enda stjärna (eller flera stjärnor) i linsgalaxen. Resultatet är att det finns ytterligare (olösta) bilder av kvasaren i en av de makrolinsade bilderna.
Resultatet är en "överförstärkning" av denna bild. Huruvida detta verkligen är så kommer snart att testas med hjälp av nya observationer av detta gravitationslinssystem med ESO Very Large Telescope (VLT) i Paranal (Chile) och även med radioobservatoret Very Large Array (VLA) i New Mexico (USA) ).
Syn
Fram till nu har 62 flerfaldiga avbildade kvasarer upptäckts, i de flesta fall visar två eller fyra bilder av samma kvasar. Närvaron av långsträckta bilder av kvasaren och i synnerhet av ringliknande bilder observeras ofta vid radiovåglängder. Detta förblir emellertid ett sällsynt fenomen inom den optiska domänen - endast fyra sådana system har avbildats av optiska / infraröda telekoper fram till nu.
Det komplexa och relativt ljusa systemet RXS J1131-1231 som nu upptäckts är ett unikt astrofysiskt laboratorium. Dess sällsynta egenskaper (t.ex. ljusstyrka, närvaro av en ringformad bild, liten rödskift, röntgen- och radioemission, synlig lins, ...) kommer nu att göra det möjligt för astronomerna att studera linsningsgalaxens egenskaper, inklusive dess stjärninnehåll, struktur och massfördelning i detalj och att undersöka källmorfologin. Dessa studier kommer att använda nya observationer som för närvarande erhålls med VLT i Paranal, med VLA-radiointerferometern i New Mexico och med Hubble Space Telescope.
Mer information
Forskningen som beskrivs i detta pressmeddelande presenteras i ett brev till redaktören, som snart kommer att visas i den europeiska facktidskriften Astronomy & Astrophysics ("En fyrdubblad kvasar med en optisk Einstein-ringkandidat: 1RXS J113155.4-123155", av Dominique Sluse et al.).
Mer information om gravitationslinsning och om denna forskargrupp finns också på URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
anteckningar
[1]: Teamet består av Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers och Thodori Nakos (ESO och Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? Dicic Courbin, Christophe Jean och Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) och Sergiy Khmil (astronomiska observatoriet vid Shevchentko universitet).
[2]: Kvasarer är särskilt aktiva galaxer, vars centra avger enorma mängder energi och energiska partiklar. Det tros att de har ett massivt svart hål i mitten och att energin produceras när omgivande material faller i detta svarta hål. Denna typ av objekt upptäcktes först 1963 av den holländsk-amerikanska astronomen Maarten Schmidt vid Palomar Observatory (Kalifornien, USA) och namnet hänvisar till deras "stjärnliknande" utseende på bilderna som erhölls vid den tiden.
[3]: I astronomi betecknar "rödskiftet" den bråk med vilken linjerna i ett objekts spektrum flyttas mot längre våglängder. Eftersom rödskiftet av ett kosmologiskt objekt ökar med avståndet ger den observerade rödförskjutningen av en avlägsen galax också en uppskattning av dess avstånd.
Ursprungskälla: ESO News Release
