Φακός βαρύτητας δακτυλίου Einstein: SDSS J163028.15 + 452036.2. Πιστωτική εικόνα: Χαμπλ. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Καθώς ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ανέπτυξε τη θεωρία του σχετικά με τη γενική σχετικότητα πριν από σχεδόν έναν αιώνα, πρότεινε ότι το βαρυτικό πεδίο από τεράστια αντικείμενα θα μπορούσε δραματικά να παραμορφώσει το χώρο και να εκτρέψει το φως.
Η οπτική ψευδαίσθηση που δημιουργείται από αυτό το εφέ ονομάζεται βαρυτικός φακός. Είναι ισοδύναμο της φύσης να έχουμε έναν τεράστιο μεγεθυντικό φακό στο διάστημα που παραμορφώνει και ενισχύει το φως πιο απομακρυσμένων αντικειμένων. Ο Αϊνστάιν περιέγραψε το βαρυτικό φακό σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε το 1936. Αλλά πίστευε ότι το φαινόμενο ήταν απαρατήρητο, διότι οι οπτικές παραμορφώσεις που παράγονται από τα αστέρια του προσκηνίου που στρέφονται στο χώρο θα είναι πολύ μικρές για να μετρηθούν ποτέ από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια της εποχής του.
Τώρα, σχεδόν έναν αιώνα αργότερα, οι αστρονόμοι έχουν συνδυάσει δύο ισχυρά αστρονομικά περιουσιακά στοιχεία, το Sloan Digital Sky Survey (SDSS) και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA, για να εντοπίσουν 19 νέους γαλαξίες «βαρυτικά φακοί», προσθέτοντας σημαντικά στους περίπου 100 φακούς βαρύτητας που ήταν ήδη γνωστοί. Μεταξύ αυτών των 19, έχουν βρει οκτώ νέα λεγόμενα «δαχτυλίδια Αϊνστάιν», τα οποία είναι ίσως η πιο κομψή εκδήλωση του φαινομένου του φακού. Μόνο τρεις τέτοιοι δακτύλιοι είχαν προηγουμένως δει σε ορατό φως.
Στον βαρυτικό φακό, το φως από μακρινούς γαλαξίες μπορεί να εκτρέπεται στο δρόμο του προς τη Γη από το βαρυτικό πεδίο οποιουδήποτε τεράστιου αντικειμένου που βρίσκεται στο δρόμο. Εξαιτίας αυτού, βλέπουμε τον γαλαξία να παραμορφώνεται σε τόξο ή πολλές ξεχωριστές εικόνες. Όταν και οι δύο γαλαξίες ευθυγραμμίζονται ακριβώς, το φως σχηματίζει ένα μοτίβο ταύρου, που ονομάζεται δακτύλιος Αϊνστάιν, γύρω από τον γαλαξία του προσκηνίου.
Οι φακοί που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα προέρχονται από ένα τρέχον έργο που ονομάζεται Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Μια ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής τον Adam Bolton από το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμιθσόνια στο Cambridge, Mass., Και ο Leon Koopmans του Αστρονομικού Ινστιτούτου Kapteyn στην Ολλανδία, επέλεξαν τους υποψήφιους φακούς από μερικές εκατοντάδες χιλιάδες οπτικά φάσματα ελλειπτικών γαλαξιών την έρευνα Sloan Digital Sky. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν τα αιχμηρά μάτια της προηγμένης κάμερας του Hubble για έρευνες για να κάνουν την επιβεβαίωση.
«Η τεράστια κλίμακα του SDSS, μαζί με την ποιότητα απεικόνισης του τηλεσκοπίου Hubble, άνοιξε αυτήν την άνευ προηγουμένου ευκαιρία για την ανακάλυψη νέων βαρυτικών φακών», εξήγησε ο Bolton. «Καταφέραμε να εντοπίσουμε έναν από τους 1.000 γαλαξίες που δείχνουν αυτά τα σημάδια βαρυτικού φακού ενός άλλου γαλαξία».
Η ομάδα SLACS σάρωσε τα φάσματα περίπου 200.000 γαλαξιών 2 έως 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η ομάδα αναζητούσε σαφή στοιχεία εκπομπής από γαλαξίες δύο φορές μακρύτερα από τη Γη και ακριβώς πίσω από τους πιο κοντινούς γαλαξίες. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν το Advanced Camera για έρευνες του Hubble για να τραβήξουν εικόνες 28 από αυτούς τους υποψήφιους γαλαξίες φακού. Μελετώντας τα τόξα και τους δακτυλίους που παράγονται από 19 από αυτούς τους υποψηφίους, οι αστρονόμοι μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τη μάζα των γαλαξιών του προσκηνίου.
Εκτός από την παραγωγή περίεργων σχημάτων, ο βαρυτικός φακός δίνει στους αστρονόμους τον πιο άμεσο έλεγχο της κατανομής της σκοτεινής ύλης σε ελλειπτικούς γαλαξίες. Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη και εξωτική μορφή ύλης που δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί άμεσα. Οι αστρονόμοι συνάγουν την ύπαρξή του μετρώντας τη βαρυτική του επίδραση. Η σκοτεινή ύλη είναι διάχυτη στους γαλαξίες και αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής μάζας του σύμπαντος. Ψάχνοντας για σκοτεινή ύλη στους γαλαξίες, οι αστρονόμοι ελπίζουν να αποκτήσουν μια εικόνα για τον σχηματισμό γαλαξιών, ο οποίος πρέπει να ξεκίνησε γύρω από συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης στο πρώιμο σύμπαν.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι, κατά μέσο όρο, αυτοί οι« ελλειπτικοί γαλαξίες φακού »έχουν την ίδια ειδική δομή πυκνότητας μάζας με αυτήν που παρατηρείται στους σπειροειδείς γαλαξίες», συνέχισε ο Bolton. «Αυτό αντιστοιχεί σε αύξηση του ποσοστού της σκοτεινής ύλης σε σχέση με τα αστέρια καθώς κάποιος απομακρύνεται από το κέντρο του γαλαξία φακού και στα πιο αμυδρά περίχωρά του. Και δεδομένου ότι αυτές οι ζελατίνες φακού είναι σχετικά φωτεινές, μπορούμε να σταθεροποιήσουμε αυτό το αποτέλεσμα με περαιτέρω επίγεια φασματοσκοπικές παρατηρήσεις των αστρικών κινήσεων στους φακούς. "
«Το να είμαστε σε θέση να μελετήσουμε αυτούς και άλλους βαρυτικούς φακούς στο παρελθόν όσο αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια μας επιτρέπει να δούμε άμεσα εάν η κατανομή της σκοτεινής [αόρατης] και της ορατής μάζας αλλάζει με τον κοσμικό χρόνο», πρόσθεσε ο Δρ Koopmans. «Με αυτές τις πληροφορίες, μπορούμε να δοκιμάσουμε την κοινή ιδέα ότι οι γαλαξίες σχηματίζονται από σύγκρουση και συγχωνεύσεις μικρότερων γαλαξιών».
Η έρευνα Sloan Digital Sky Survey, από την οποία επιλέχθηκε το υποψήφιο δείγμα φακού SLACS, ξεκίνησε το 1998 με ένα επίγειο τηλεσκόπιο επί παραγγελία για τη μέτρηση των χρωμάτων και των φωτεινότητας περισσότερων από 100 εκατομμυρίων αντικειμένων σε ένα τέταρτο του ουρανού και του χάρτη τις αποστάσεις έως ένα εκατομμύριο γαλαξίες και κβάζαρ. «Αυτός ο τύπος έρευνας βαρυτικού φακού δεν ήταν πρωτότυπος στόχος του SDSS, αλλά κατέστη δυνατή χάρη στην εξαιρετική ποιότητα των δεδομένων SDSS», δήλωσε ο Scott Burles του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Cambridge της Μασαχουσέτης, μέλος της ομάδας SLACS και ένας από τους δημιουργούς του SDSS.
«Ένα επιπλέον πλεονέκτημα του μεγάλου μεγέθους της βάσης δεδομένων SDSS είναι ότι μπορούμε να σχεδιάσουμε τα κριτήρια αναζήτησης, ώστε να βρούμε τους φακούς που είναι οι πιο κατάλληλοι για συγκεκριμένους επιστημονικούς στόχους», δήλωσε ο μέλος της ομάδας SLACS Tommaso Treu του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Santa Barbara . «Ενώ μέχρι τώρα έχουμε επιλέξει τους μεγαλύτερους γαλαξίες ως στόχους μας, στα επόμενα στάδια της έρευνας στοχεύουμε σε μικρότερους γαλαξίες φακών. Υπήρξαν προτάσεις ότι η δομή των γαλαξιών αλλάζει με το μέγεθος του γαλαξία. Αναγνωρίζοντας αυτά τα σπάνια αντικείμενα «κατ 'απαίτηση», σύντομα θα είμαστε σε θέση να δοκιμάσουμε για πρώτη φορά εάν αυτό είναι αλήθεια. »
Προστέθηκε το μέλος της ομάδας SLACS Λεωνίδας Μουστάκας από το NASA Jet Propulsion Laboratory και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας στο Pasadena της Καλιφόρνια: αυτοί οι μακρινοί γαλαξίες. "
Η έρευνα SLACS συνεχίζεται και μέχρι στιγμής η ομάδα έχει χρησιμοποιήσει το Hubble για να μελετήσει σχεδόν 50 από τους υποψήφιους γαλαξίες. Το τελικό σύνολο αναμένεται να είναι πάνω από 100, με πολλούς νέους φακούς μεταξύ τους. Τα αρχικά ευρήματα της έρευνας θα εμφανιστούν στο τεύχος Φεβρουαρίου 2006 του Astrophysical Journal και σε δύο άλλα έγγραφα που έχουν υποβληθεί σε αυτό το περιοδικό.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων Hubblesite
