Einstein-gravitationslinsen: SDSS J163028.15 + 452036.2. Bildkredit: Hubble. Klicka för att förstora
När Albert Einstein utvecklade sin teori om generell relativitet för nästan hundra år sedan föreslog han att gravitationsfältet från massiva föremål dramatiskt skulle kunna vrida utrymme och böja ljus.
Den optiska illusionen som skapas av denna effekt kallas gravitationslinsning. Det är naturens ekvivalent med att ha en gigantisk förstoringslins i rymden som snedvrider och förstärker ljuset från mer avlägsna objekt. Einstein beskrev gravitationslinser i ett papper som publicerades 1936. Men han tyckte att effekten var oobserverbar eftersom de optiska snedvridningarna som produceras av förgrundsstjärnens vridningsutrymme skulle vara för små för att någonsin kunna mätas av de största teleskoperna i hans tid.
Nu, nästan ett sekel senare, har astronomer kombinerat två kraftfulla astronomiska tillgångar, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) och NASA: s Hubble Space Telescope, för att identifiera 19 nya "gravitationslinsade" galaxer, vilket tillför betydligt de ungefär 100 gravitationslinser som tidigare varit kända. Bland dessa 19 har de hittat åtta nya så kallade "Einsteinringar", som kanske är den mest eleganta manifestationen av linsningsfenomenet. Endast tre sådana ringar hade tidigare sett i synligt ljus.
I gravitationslinsning kan ljus från avlägsna galaxer avledas på väg till jorden genom gravitationfältet för alla massiva objekt som ligger i vägen. På grund av detta ser vi galaxen förvrängda i en båge eller flera separata bilder. När båda galaxerna är exakt uppställda, bildar ljuset ett tjur-ögonmönster, kallad Einstein-ring, runt förgrundsgalaxen.
De nyupptäckta linserna kommer från ett pågående projekt som heter Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Ett team av astronomer under ledning av Adam Bolton från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Och Leon Koopmans från Kapteyn Astronomical Institute i Nederländerna, valde kandidatlinserna bland flera hundra tusen optiska spektra av elliptiska galaxer i Sloan Digital Sky Survey. De använde sedan de skarpa ögonen på Hubbles avancerade kamera för undersökningar för att bekräfta.
"Den enorma skalan av SDSS, tillsammans med bildkvaliteten på Hubble-teleskopet, har öppnat upp denna enastående möjlighet för upptäckten av nya gravitationslinser," förklarade Bolton. "Vi har lyckats identifiera den av varje 1 000 galaxer som visar dessa tecken på gravitationslinser i en annan galax."
SLACS-teamet skannade spektra för cirka 200 000 galaxer 2 till 4 miljarder ljusår bort. Teamet letade efter tydliga bevis på utsläpp från galaxer dubbelt så långt från Jorden och direkt bakom de närmare galaxerna. De använde sedan Hubbles Advanced Camera for Surveys för att ta bilder av 28 av dessa kandidatlinsningsgalaxier. Genom att studera bågar och ringar som producerats av 19 av dessa kandidater kan astronomerna exakt mäta massan på förgrundsgalaxerna.
Förutom att producera udda former ger gravitationslinsning astronomer den mest direkta sonden för distribution av mörk materia i elliptiska galaxer. Mörk materia är en osynlig och exotisk form av materia som ännu inte har observerats direkt. Astronomer drar slutsatsen att det finns genom att mäta gravitationspåverkan. Mörk materia är genomgripande inom galaxer och utgör större delen av universumets totala massa. Genom att söka efter mörk materia i galaxer hoppas astronomer få insikt i galaxbildning, som måste ha börjat kring klumpiga koncentrationer av mörk materia i det tidiga universum.
"Våra resultat indikerar att dessa 'elliptiska linsningsgalaxer' i genomsnitt har samma speciella masstäthetsstruktur som observerats i spiralgalaxier, fortsatte Bolton. ”Detta motsvarar en ökning av andelen mörk materia i förhållande till stjärnor när man rör sig bort från centrum av linsgalaxen och in i dess svagare utkanter. Och eftersom dessa linsningsgelaxer är relativt ljusa kan vi stelna detta resultat med ytterligare markbaserade spektroskopiska observationer av de stellar rörelserna i linserna. ”
"Att kunna studera dessa och andra gravitationslinser så långt tillbaka i tiden som flera miljarder år gör det möjligt för oss att direkt se om fördelningen av mörka [osynliga] och synliga massa förändras med kosmisk tid", tillade Dr. Koopmans. "Med denna information kan vi testa den vanligt förekommande idén som galaxer bildas från kollision och sammanslagningar av mindre galaxer."
Sloan Digital Sky Survey, från vilken SLACS-lins-kandidatprovet valdes, inleddes 1998 med ett specialbyggt markbaserat teleskop för att mäta färger och ljusstyrka på mer än 100 miljoner objekt över en fjärdedel av himlen och kartan avståndet till en miljon galaxer och kvasarer. "Denna typ av undersökning av gravitationslinser var inte ett ursprungligt mål för SDSS, men möjliggjordes av den utmärkta kvaliteten på SDSS-uppgifterna," säger Scott Burles från Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, Mass., En SLACS-teammedlem och en av skaparna av SDSS.
"En ytterligare bonus i storleken på SDSS-databasen är att vi kan utforma våra sökkriterier så att vi hittar de linser som är bäst lämpade för specifika vetenskapliga mål," säger SLACS-teammedlem Tommaso Treu från University of California, Santa Barbara . Även om vi hittills har valt de största galaxerna som våra mål, i de nästa stadierna i undersökningen riktar vi oss mot mindre linsgalaxer. Det har funnits förslag om att galaxernas struktur förändras med galaxstorleken. Genom att identifiera dessa sällsynta föremål 'på begäran' kommer vi snart att kunna testa om detta är sant.
Lade till SLACS-teammedlem Leonidas Moustakas från NASA Jet Propulsion Laboratory och California Institute of Technology i Pasadena, Kalifornien: "Dessa Einstein-ringar ger också en oöverträffad förstorad bild av de linsade galaxerna, vilket gör att vi kan studera stjärnorna och formationshistorierna för dessa avlägsna galaxer. ”
SLACS-undersökningen fortsätter, och hittills har teamet använt Hubble för att studera nästan 50 av sina kandidatlinsningsgalaxier. Den slutliga summan förväntas bli mer än 100, med många fler nya linser bland dem. De första resultaten från undersökningen kommer att visas i februari-utgåvan av Astrophysical Journal och i två andra artiklar som har lämnats in till den tidskriften.
Originalkälla: Hubblesite News Release
