Πιστωτική εικόνα: ESO
Οι αστρονόμοι από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο βρήκαν έναν πολύ σπάνιο βαρυτικό φακό «δακτύλιος Αϊνστάιν», όπου το φως από ένα μακρινό κβάζαρ στρεβλώνεται και μεγεθύνεται από τη βαρύτητα ενός κοντινότερου γαλαξία. Τα δύο αντικείμενα είναι τόσο ευθυγραμμισμένα που η εικόνα του κβάζαρ σχηματίζει έναν δακτύλιο γύρω από τον γαλαξία από το πλεονεκτικό σημείο μας εδώ στη Γη. Με προσεκτικές μετρήσεις, η ομάδα μπόρεσε να προσδιορίσει ότι το κβάζαρ απέχει 6,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός και ο γαλαξίας απέχει μόλις 3,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, καθιστώντας τον τον πλησιέστερο βαρυτικό φακό που ανακαλύφθηκε ποτέ.
Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο 3,6 μέτρων του ESO στο La Silla (Χιλή), μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [1] ανακάλυψε ένα περίπλοκο κοσμικό αντικατοπτρισμό στον νότιο αστερισμό του κρατήρα (Το Κύπελλο). Αυτό το σύστημα «βαρυτικού φακού» αποτελείται από (τουλάχιστον) τέσσερις εικόνες του ίδιου κβάζαρ καθώς και μια εικόνα σε σχήμα δακτυλίου του γαλαξία στον οποίο κατοικεί το κβάζαρ - γνωστό ως «δακτύλιος Αϊνστάιν». Ο πιο κοντινός γαλαξίας φακού που προκαλεί αυτήν την ενδιαφέρουσα οπτική ψευδαίσθηση είναι επίσης ορατός.
Η ομάδα έλαβε φάσμα αυτών των αντικειμένων με τη νέα κάμερα EMMI τοποθετημένη στο Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας ESO 3,5-m (NTT), επίσης στο παρατηρητήριο La Silla. Διαπιστώνουν ότι το φακό κβάζαρ [2] βρίσκεται σε απόσταση 6,300 εκατομμυρίων ετών φωτός (η «κόκκινη μετατόπιση» είναι z = 0,66 [3]), ενώ ο ελλειπτικός γαλαξίας φακού είναι στριμωγμένος στα μισά μεταξύ του κβάζαρ και μας, σε απόσταση 3.500 εκατομμυρίων ετών φωτός (z = 0,3).
Το σύστημα έχει οριστεί RXS J1131-1231 - είναι το πιο κοντινό βαρυτικό φακό κβάζαρ που έχει ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής.
Κοσμικοί αντικατοπτρισμοί
Η φυσική αρχή πίσω από έναν «βαρυτικό φακό» (επίσης γνωστό ως «κοσμικός αντικατοπτρισμός») είναι γνωστή από το 1916 ως συνέπεια της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein. Το βαρυτικό πεδίο ενός τεράστιου αντικειμένου καμπυλώνει την τοπική γεωμετρία του Σύμπαντος, έτσι οι ακτίνες φωτός που περνούν κοντά στο αντικείμενο κάμπτονται (σαν μια «ευθεία γραμμή» στην επιφάνεια της Γης είναι απαραίτητα καμπυλωμένη λόγω της καμπυλότητας της επιφάνειας της Γης) .
Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τους αστρονόμους το 1919 κατά τη διάρκεια μιας συνολικής έκλειψης. Οι ακριβείς μετρήσεις θέσης των αστεριών που παρατηρήθηκαν στο σκοτεινό ουρανό κοντά στον εκλειφθέντα Ήλιο έδειξαν μια φαινομενική μετατόπιση προς την αντίθετη κατεύθυνση προς τον Ήλιο, περίπου όσο προβλεπόταν από τη θεωρία του Αϊνστάιν. Το αποτέλεσμα οφείλεται στη βαρυτική έλξη των αστρικών φωτονίων όταν περνούν κοντά στον Ήλιο στο δρόμο τους προς εμάς. Αυτό ήταν μια άμεση επιβεβαίωση ενός εντελώς νέου φαινομένου και αντιπροσώπευε ένα ορόσημο στη φυσική.
Τη δεκαετία του 1930, ο αστρονόμος Fritz Zwicky (1898 - 1974), ελβετικής ιθαγένειας και εργάστηκε στο παρατηρητήριο Mount Wilson στην Καλιφόρνια, συνειδητοποίησε ότι το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί επίσης να συμβεί πολύ στο διάστημα όπου οι γαλαξίες και τα μεγάλα σμήνη γαλαξιών μπορεί να είναι αρκετά συμπαγή και τεράστια να λυγίσει το φως από ακόμη πιο απομακρυσμένα αντικείμενα. Ωστόσο, μόνο πέντε δεκαετίες αργότερα, το 1979, οι ιδέες του επιβεβαιώθηκαν παρατηρητικά όταν ανακαλύφθηκε το πρώτο παράδειγμα κοσμικού αντικατοπτρισμού (ως δύο εικόνες του ίδιου μακρινού κβάζαρ).
Οι κοσμικοί αντικατοπτρισμοί θεωρούνται γενικά ως πολλαπλές εικόνες ενός μόνο κβάζαρ [2], φακοί από έναν γαλαξία που βρίσκεται μεταξύ του κβάζαρ και μας. Ο αριθμός και το σχήμα των εικόνων του κβάζαρ εξαρτάται από τις σχετικές θέσεις του κβάζαρ, τον γαλαξία φακού και από εμάς. Επιπλέον, εάν η ευθυγράμμιση ήταν τέλεια, θα δούμε επίσης μια εικόνα σε σχήμα δακτυλίου γύρω από το αντικείμενο φακού. Τέτοιοι «δακτύλιοι Αϊνστάιν» είναι πολύ σπάνιοι, και έχουν παρατηρηθεί μόνο σε πολύ λίγες περιπτώσεις.
Ένα άλλο ιδιαίτερο ενδιαφέρον του φαινομένου βαρυτικού φακού είναι ότι μπορεί όχι μόνο να οδηγήσει σε διπλές ή πολλαπλές εικόνες του ίδιου αντικειμένου, αλλά και ότι η φωτεινότητα αυτών των εικόνων αυξάνεται σημαντικά, όπως συμβαίνει με έναν συνηθισμένο οπτικό φακό. Οι απομακρυσμένοι γαλαξίες και οι συστάδες γαλαξιών μπορούν έτσι να λειτουργήσουν ως «φυσικά τηλεσκόπια» που μας επιτρέπουν να παρατηρήσουμε πιο μακρινά αντικείμενα που διαφορετικά θα ήταν πολύ αχνά για να ανιχνευθούν με τα διαθέσιμα αστρονομικά τηλεσκόπια.
Οι τεχνικές ακονίσματος εικόνας επιλύουν καλύτερα τον κοσμικό αντικατοπτρισμό
Ένας νέος βαρυτικός φακός, ονομαζόμενος RXS J1131-1231, ανακαλύφθηκε αυθαίρετα τον Μάιο του 2002 από τον Dominique Sluse, τότε φοιτητή διδακτορικού στο ESO στη Χιλή, ενώ επιθεωρούσε τις εικόνες κβάζαρ που ελήφθησαν με το τηλεσκόπιο ESO 3,6-m στο Παρατηρητήριο La Silla. Η ανακάλυψη αυτού του συστήματος επωφελήθηκε από τις καλές συνθήκες παρατήρησης που επικρατούσαν κατά τη στιγμή των παρατηρήσεων. Από μια απλή οπτική επιθεώρηση αυτών των εικόνων, ο Sluse κατέληξε προσωρινά στο συμπέρασμα ότι το σύστημα είχε τέσσερα αστέρια (οι εικόνες quasar με φακό) και ένα στοιχείο διάχυσης (ο γαλαξίας φακού).
Λόγω του πολύ μικρού διαχωρισμού μεταξύ των εξαρτημάτων, της τάξης του ενός τόξου ή λιγότερο, και του αναπόφευκτου φαινομένου "θόλωσης" που προκαλείται από την αναταραχή στην επίγεια ατμόσφαιρα ("βλέποντας"), οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν εξελιγμένο λογισμικό ενίσχυσης της εικόνας για να παράγουν υψηλότερα επίπεδα - εικόνες ανάλυσης στις οποίες θα μπορούσαν να εκτελεστούν ακριβείς μετρήσεις φωτεινότητας και θέσης (βλ. επίσης ESO PR 09/97). Αυτή η λεγόμενη τεχνική «αποσυγκέντρωσης» καθιστά δυνατή την οπτικοποίηση αυτού του πολύπλοκου συστήματος πολύ καλύτερα και, ειδικότερα, την επιβεβαίωση και την απόδοση πιο εμφανής του σχετικού δακτυλίου Einstein, βλ. PR φωτογραφία 20a / 03.
Αναγνώριση της πηγής και του φακού
Η ομάδα των αστρονόμων [1] στη συνέχεια χρησιμοποίησε το Τηλεσκόπιο Νέας Τεχνολογίας ESO 3,5 μέτρων (NTT) στο La Silla για να αποκτήσει φάσματα των μεμονωμένων στοιχείων εικόνας αυτού του συστήματος φακών. Αυτό είναι επιτακτικό γιατί, όπως και τα ανθρώπινα δακτυλικά αποτυπώματα, τα φάσματα επιτρέπουν σαφή αναγνώριση των παρατηρούμενων αντικειμένων.
Ωστόσο, αυτό δεν είναι εύκολο έργο, επειδή οι διαφορετικές εικόνες του κοσμικού αντικατοπτρισμού βρίσκονται πολύ κοντά ο ένας στον άλλο και απαιτούνται οι καλύτερες δυνατές συνθήκες για την απόκτηση καθαρών και καλά διαχωρισμένων φασμάτων. Ωστόσο, η εξαιρετική οπτική ποιότητα του NTT σε συνδυασμό με εύλογα καλές συνθήκες όρασης (περίπου 0,7 τόξων δευτερολέπτου) επέτρεψαν στους αστρονόμους να ανιχνεύσουν τα «φασματικά δακτυλικά αποτυπώματα» τόσο της πηγής όσο και του αντικειμένου που λειτουργούν ως φακός, βλ. ESO PR Photo 20b / 03.
Η αξιολόγηση των φασμάτων έδειξε ότι η πηγή φόντου είναι ένα κβάζαρ με μια κόκκινη μετατόπιση z = 0,66 [3], που αντιστοιχεί σε απόσταση περίπου 6.300 εκατομμυρίων ετών φωτός. Το φως από αυτό το κβάζαρ είναι φακό από έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία με μια κόκκινη μετατόπιση z = 0,3, δηλαδή σε απόσταση 3.500 εκατομμυρίων ετών φωτός ή περίπου στα μισά του δρόμου μεταξύ του κβάζαρ και μας. Είναι το πλησιέστερο βαρυτικό φακό κβάζαρ που είναι γνωστό μέχρι σήμερα.
Λόγω της συγκεκριμένης γεωμετρίας του φακού και της θέσης του γαλαξία φακού, είναι δυνατό να δείξουμε ότι το φως από τον εκτεταμένο γαλαξία στον οποίο βρίσκεται το κβάζαρ θα πρέπει επίσης να είναι φακό και να γίνεται ορατό ως εικόνα σε σχήμα δακτυλίου. Αυτό συμβαίνει πράγματι από την PR Photo 20a / 03 που δείχνει σαφώς την παρουσία ενός τέτοιου «δακτυλίου Einstein», που περιβάλλει την εικόνα του πιο κοντινού γαλαξία φακού.
Μικροσκοπικός φακός μέσα σε μακρο φακό
Η συγκεκριμένη διαμόρφωση των μεμονωμένων φακών που παρατηρήθηκαν σε αυτό το σύστημα επέτρεψε στους αστρονόμους να παράγουν ένα λεπτομερές μοντέλο του συστήματος. Από αυτό, μπορούν στη συνέχεια να κάνουν προβλέψεις σχετικά με τη σχετική φωτεινότητα των διαφόρων φακών με εικόνες.
Κάπως απροσδόκητα, διαπίστωσαν ότι οι προβλεπόμενες φωτεινότητες των τριών πιο φωτεινών εικόνων που μοιάζουν με αστέρι του κβάζαρ δεν συμφωνούν με τις παρατηρούμενες - μία από αυτές αποδεικνύεται ότι έχει ένα μέγεθος (δηλαδή, συντελεστή 2,5) φωτεινότερο από το αναμενόμενο . Αυτή η πρόβλεψη δεν θέτει υπό αμφισβήτηση τη Γενική Σχετικότητα αλλά υποδηλώνει ότι ένα άλλο αποτέλεσμα είναι σε λειτουργία σε αυτό το σύστημα.
Η υπόθεση που ανέπτυξε η ομάδα είναι ότι μία από τις εικόνες υπόκειται σε «μικροαισθητοποίηση». Αυτό το αποτέλεσμα είναι της ίδιας φύσης με τον κοσμικό αντικατοπτρισμό - σχηματίζονται πολλές ενισχυμένες εικόνες του αντικειμένου - αλλά σε αυτήν την περίπτωση, η πρόσθετη παραμόρφωση ακτίνων φωτός προκαλείται από ένα μόνο αστέρι (ή περισσότερα αστέρια) μέσα στον γαλαξία του φακού. Το αποτέλεσμα είναι ότι υπάρχουν πρόσθετες (άλυτες) εικόνες του κβάζαρ μέσα σε μία από τις εικόνες με μακρο φακό.
Το αποτέλεσμα είναι μια «υπερ-ενίσχυση» αυτής της συγκεκριμένης εικόνας. Το αν αυτό είναι πραγματικά θα εξεταστεί σύντομα μέσω νέων παρατηρήσεων αυτού του συστήματος βαρυτικών φακών με το ESO Very Large Telescope (VLT) στο Paranal (Χιλή) και επίσης με το ραδιο παρατηρητήριο Very Large Array (VLA) στο Νέο Μεξικό (ΗΠΑ) ).
Αποψη
Μέχρι τώρα, έχουν ανακαλυφθεί 62 κβάζαρ πολλαπλών εικόνων, στις περισσότερες περιπτώσεις που δείχνουν 2 ή 4 εικόνες του ίδιου κβάζαρ. Η παρουσία επιμήκων εικόνων του κβάζαρ και, ειδικότερα, εικόνων τύπου δακτυλίου παρατηρείται συχνά σε μήκη κύματος ραδιοφώνου. Ωστόσο, αυτό παραμένει ένα σπάνιο φαινόμενο στον οπτικό τομέα - μόνο τέσσερα τέτοια συστήματα έχουν απεικονιστεί από οπτικά / υπέρυθρα τηλεπικοινωνία μέχρι τώρα.
Το πολύπλοκο και συγκριτικά φωτεινό σύστημα RXS J1131-1231 που ανακαλύφθηκε τώρα είναι ένα μοναδικό αστροφυσικό εργαστήριο. Τα σπάνια χαρακτηριστικά του (π.χ. φωτεινότητα, παρουσία εικόνας σε σχήμα δακτυλίου, μικρή μετατόπιση, ακτινογραφία και εκπομπή ραδιοφώνου, ορατός φακός,…) θα επιτρέψουν τώρα στους αστρονόμους να μελετήσουν τις ιδιότητες του γαλαξία φακού, συμπεριλαμβανομένου του αστρικού του περιεχομένου, δομή και κατανομή μάζας με μεγάλη λεπτομέρεια, και για τον έλεγχο της μορφολογίας της πηγής. Αυτές οι μελέτες θα χρησιμοποιήσουν νέες παρατηρήσεις που επί του παρόντος λαμβάνονται με το VLT στο Paranal, με το ραδιοφωνικό συμβόλαιο VLA στο Νέο Μεξικό και με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble.
Περισσότερες πληροφορίες
Η έρευνα που περιγράφεται σε αυτό το δελτίο τύπου παρουσιάζεται σε μια επιστολή προς τον συντάκτη, που σύντομα θα εμφανιστεί στο ευρωπαϊκό επαγγελματικό περιοδικό Astronomy & Astrophysics («Ένα τετραπλά απεικονισμένο quasar με έναν οπτικό υποψήφιο Einstein ring: 1RXS J113155.4-123155», του Dominique Οι Sluse et al.).
Περισσότερες πληροφορίες για το βαρυτικό φακό και για αυτήν την ερευνητική ομάδα μπορείτε επίσης να βρείτε στη διεύθυνση URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Σημειώσεις
[1]: Η ομάδα αποτελείται από τους Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers και Thodori Nakos (ESO και Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens. , Fr? D? Ric Courbin, Christophe Jean, και Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) και Sergiy Khmil (Αστρονομικό Παρατηρητήριο του Πανεπιστημίου Shevchentko).
[2]: Τα κβάζαρ είναι ιδιαίτερα ενεργοί γαλαξίες, τα κέντρα των οποίων εκπέμπουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας και ενεργητικά σωματίδια. Πιστεύεται ότι φέρουν μια τεράστια μαύρη τρύπα στο κέντρο τους και ότι η ενέργεια παράγεται όταν η περιβάλλουσα ύλη πέφτει σε αυτήν τη μαύρη τρύπα. Αυτός ο τύπος αντικειμένου ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1963 από τον Ολλανδό-Αμερικανό αστρονόμο Maarten Schmidt στο Παρατηρητήριο Palomar (Καλιφόρνια, ΗΠΑ) και το όνομα αναφέρεται στην «αστέρι» εμφάνιση τους στις εικόνες που ελήφθησαν εκείνη τη στιγμή.
[3]: Στην αστρονομία, το "redshift" υποδηλώνει το κλάσμα με το οποίο οι γραμμές στο φάσμα ενός αντικειμένου μετατοπίζονται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Δεδομένου ότι η κόκκινη μετατόπιση ενός κοσμολογικού αντικειμένου αυξάνεται με την απόσταση, η παρατηρούμενη κόκκινη μετατόπιση ενός απομακρυσμένου γαλαξία παρέχει επίσης μια εκτίμηση της απόστασης του.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
