Bildkredit: Hubble
Många exempel är kända där en galax fungerar som en gravitationslins och ger flera bilder på himlen på ett mer avlägset objekt som en ljus kvasar som är dold bakom den. Men det har funnits ett bestående mysterium i över 20 år: Einsteins allmänna relativitetsteori förutspår att det borde finnas ett udda antal bilder, men nästan alla observerade linser har bara 2 eller 4 kända bilder. Nu har astronom Joshua Winn från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) och två tidigare CfA-kollegor, David Rusin (nu vid University of Pennsylvania) och Christopher Kochanek (Ohio State University), identifierat en tredje, central bild av en linsad kvasar. Radioobservationer av systemet känt som PMN J1632-0033 i stjärnbilden Ophiuchus avslöjade en svag central bild, som kan användas för att undersöka egenskaperna hos linsgalaxen och det supermassiva svarta hålet som förväntas ligga i centrum.
”Att hitta denna centrala bild är intressant i sig, men är ännu viktigare för vad den kan berätta om linsningsgalaxen. Detta erbjuder oss ett nytt verktyg för att studera galaxer så långt borta att även till Hubble rymdteleskopet är de bara svaga fläckar, ”sa Winn.
Kvasarer är extremt avlägsna och ljusa föremål som tros drivas av supermassiva svarta hål. De lyser ljust genom att omvandla gravitationsenergin från materia som faller i det svarta hålet till ljus och andra typer av strålning, till exempel radiovågor.
Vid gravitationslinsning böjs ljusstrålar från en kvasar som passerar nära en galax av galaxens gravitationsfält, precis som de skulle böjas när de passerar genom en glaslins. Ju tätare centrum av en galax, och ju starkare densitet, desto svagare blir den centrala bilden. Ändå kan denna centrala bild, vars ljus har passerat närmast mitten av linsgalaxen, berätta mycket om galaxens kärna. Denna möjlighet gör att hitta sådana centrala bilder särskilt önskvärda.
I systemet PMN J1632-0033 linsas en radiohög kvasar vid rödskift z = 3,42 (ett avstånd på cirka 11,5 miljarder ljusår) av en elliptisk galax vid rödskift z ~ 1 (cirka 8 miljarder ljusår bort) . Två bilder av kvasaren var kända för att existera, och en tredje, mycket svag radiokälla misstänktes vara den centrala bilden. Den tredje källan var dock högst upp på linsegalaxen, och så kan ha varit inneboende för själva linsgalaxen.
Genom att observera radioens "färg" eller spektrum av alla tre bilder med hjälp av National Science Foundation: s Very Large Array och Very Long Baseline Array, gav Winn och hans kollegor tvingande bevis på att den tredje källan verkligen är kvasarens centrala bild. Spektrumet är väsentligen identiskt med de andra två bilderna, utom vid låga frekvenser där en del av radioenergin absorberades av linsgalaxen.
Geometrin och egenskaperna hos kvasarens tre bilder berättar redan om kärnan i linsningsgalaxen. Till exempel väger dess centrala svarta hål mindre än 200 miljoner solmassor. Dessutom är dess yttäthet (mängden materia som projiceras mot himmelplanet) på platsen för den centrala bilden mer än 20 000 solmassor per kvadratisk parsec. (Som jämförelse är mjölkvägens yttäthet nära vår sol cirka 50 solmassor per kvadratisk parsek.) Båda siffrorna för linsgalaxen överensstämmer med förväntningarna baserade på detaljerade observationer av galaxer hundratals gånger närmare jorden.
”Nästan all vår kunskap om galaxcentra kommer från att studera mycket närliggande galaxer. Det anmärkningsvärda med centrala bilder är att du kan få liknande information om kärnorna i galaxer hundratals gånger längre bort och miljarder år yngre än våra närliggande galaxer, ”sade Winn.
Denna forskning är tillgänglig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 och kommer att publiceras i utgåvan den 12 februari 2004 av tidskriften Nature.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, med huvudkontor i Cambridge, Mass., Är ett gemensamt samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. CfA-forskare, organiserade i sex forskningsavdelningar, studerar universums ursprung, evolution och slutliga öde.
Originalkälla: Harvard CfA News Release
