Bildkredit: SDSS
Gravitationslinsning inträffar när ljuset från ett avlägset objekt, till exempel en kvasar, är förvrängd av tyngdpunkten hos ett närmare objekt. Astronomer har upptäckt just en sådan lins, där distorsionerna är så stora, de måste orsakas av en betydande mängd mörk materia - det synliga materialet ensam kunde inte vara ansvarigt. Mörk materia förutsägs av dess gravitationspåverkan på galaxer och stjärnor i universum, men hittills är astronomer inte riktigt säker på vad det är; vare sig det bara är vanlig fråga som är för kallt för att ses från jorden, eller någon form av exotisk partikel.
Sloan Digital Sky Survey-forskare har upptäckt en gravitationslinsad kvasar med den största separationen som någonsin har registrerats, och, till skillnad från förväntningarna, funnit att fyra av de mest avlägsna, mest ljusa kvasarerna som är kända inte är gravitationslinsade.
Albert Einsteins teori om allmän relativitet förutsäger att en massiv kropps gravitationskraft kan fungera som en lins, böja och snedvrida ljuset från ett avlägset objekt. En massiv struktur någonstans mellan en avlägsen kvasar och jorden kan "linsa" ljuset i en kvasar, vilket gör bilden väsentligt ljusare och producerar flera bilder av ett objekt.
I ett papper som publicerades i utgåvan 18/25 av tidningen NATURE rapporterar ett Sloan Digital Sky Survey (SDSS) -lag ledat av universitetet i Tokyo, doktorander Naohisa Inada och Masamune Oguri att fyra kvasarer i närheten är faktiskt ljuset från en kvasar uppdelad i fyra bilder genom gravitationslinsning.
Mer än 80 gravitationslinsade kvasarer har upptäckts sedan det första exemplet hittades 1979. Ett dussin av de katalogiserade linserade kvasarerna är SDSS-upptäckter, varav hälften är resultatet av Inada och hans team.
Men det som gör denna senaste upptäckt så dramatisk är att separationen mellan de fyra bilderna är dubbelt så stor som den för någon tidigare känd gravitationslinsad kvasar. Fram till upptäckten av denna fyrdubbla linskvasar var den största separationen känd i en gravitationslinsad kvasar 7 bågsekunder. Kvasaren som SDSS-teamet hittar ligger i konstellationen Leo Minor; den består av fyra bilder separerade med 14,62 bågsekunder.
För att åstadkomma en så stor separering måste koncentrationen av material som ger upphov till linsningen vara särskilt hög. Det finns ett kluster av galaxer i förgrunden till denna gravitationslins; den mörka materien som är förknippad med klustret måste vara ansvarig för den enastående stora separationen.
"Ytterligare observationer från Subaru 8,2 meter teleskop och Keck teleskop bekräftade att detta system verkligen är en gravitationslins," förklarar Inada. "Kvasarer delas upp så mycket genom gravitationslinsning förutsägs vara mycket sällsynta och kan därför bara upptäckas i mycket stora undersökningar som SDSS."
Oguri tillade: ”Att upptäcka en så bred gravitationslins av över 30 000 SDSS-kvasarer som hittills undersökts är helt i överensstämmelse med teoretiska förväntningar på modeller där universum domineras av kall mörk materia. Detta ger ytterligare starka bevis för sådana modeller. ” (Kallt mörkt ämne, till skillnad från het mörkt ämne, bildar trånga klumpar, den typ som orsakar den här typen av gravitationslinser.)
"Gravitationslinsen vi har upptäckt kommer att ge ett idealiskt laboratorium för att utforska förhållandet mellan synliga föremål och osynlig mörk materia i universum," förklarade Oguri.
I ett andra uppsats som publicerades i Astronomical Journal i mars 2004, använde ett team under ledning av Gordon Richards från Princeton University högupplösen av Hubble Space Telescope för att undersöka fyra av de mest avlägsna kända kvasarerna som upptäckts av SDSS för tecken på gravitationslinser .
Att titta på stora avstånd inom astronomi tittar tillbaka i tiden. Dessa kvasarer ses i en tid då universum var mindre än 10 procent av sin nuvarande ålder. Dessa kvasarer är oerhört lysande och tros drivas av enorma svarta hål med massor flera miljarder gånger solens. Forskarna sa att det är ett riktigt mysterium hur sådana massiva svarta hål kunde ha bildats så tidigt i universum. Ändå om dessa föremål är linsade på gravitationsnivå skulle SDSS-forskare sluta sig till väsentligt mindre ljusstyrkor och därför svartmassor, vilket gör det lättare att förklara deras bildning.
”Ju längre en kvasar är, desto mer troligt ligger en galax mellan den och tittaren. Därför förväntade vi oss att de mest avlägsna kvasarerna skulle linsas, förklarade SDSS-forskaren Xiaohui Fan från University of Arizona. I motsats till förväntningarna visar emellertid ingen av de fyra några tecken på flera bilder som är kännetecknet för linsning.
”Endast en liten bråkdel av kvasarerna är linsade på gravitationsnivå. Emellertid är dessa ljusa kvasarer mycket sällsynta i det avlägsna universum. Eftersom linsning gör att kvasarer verkar ljusare och därför lättare att upptäcka, förväntade vi oss att våra avlägsna kvasarer var de som troligtvis skulle bli linsade, ”föreslog teammedlem Zoltan Haiman från Columbia University.
"Det faktum att dessa kvasarer inte är linsade säger att astronomer måste ta på allvar tanken på att kvasarer några miljarder gånger solens massa bildades mindre än en miljard år efter Big Bang", sade Richards. "Vi letar nu efter fler exempel på högrödskvaskar i SDSS för att ge teoretikerna ännu mer supermassiva svarta hål att förklara."
Originalkälla: SDSS News Release
