Кредитний імідж: ESO
Астрономи з Європейської південної обсерваторії знайшли дуже рідкісну гравітаційну лінзу «кільця Ейнштейна», де світло з далекого квазара викривляється і збільшується гравітацією ближчої галактики. Два об'єкти настільки тісно вирівняні, що зображення квазара утворює кільце навколо галактики з нашої точки зору тут, на Землі. Ретельними вимірюваннями команда змогла визначити, що квазар знаходиться на відстані 6,3 мільярда світлових років, а галактика - лише 3,5 мільярда світлових років, що робить його найближчою гравітаційною лінзою, що коли-небудь виявлена.
За допомогою телескопа ESO 3,6 м у Ла-Сіллі (Чилі) міжнародна команда астрономів [1] виявила складний космічний міраж у південному сузір'ї Кратера (Кубок). Ця "гравітаційна лінза" складається з (щонайменше) чотирьох зображень того ж квазара, а також кільцеподібного зображення галактики, в якій знаходиться квазар - відомого як "кільце Ейнштейна". Добре видно також розташована поблизу об’єктивна галактика, яка викликає цю інтригуючу оптичну ілюзію.
Команда отримала спектри цих об'єктів за допомогою нової камери EMMI, встановленої на телескопі ESO 3,5 м. Нова технологія (NTT), також в обсерваторії La Silla. Вони виявляють, що окупований квазар [2] розташований на відстані 6300 мільйонів світлових років (його "червоний зміщення" z = 0,66 [3]), тоді як лінзуюча еліптична галактика знаходиться на півдорозі між квазаром і нами, на відстані 3 500 мільйонів світлових років (z = 0,3).
Система отримала позначення RXS J1131-1231 - це найближчий гравітаційно-лінзований квазар, виявлений поки що.
Космічні міражі
Фізичний принцип "гравітаційної лінзи" (також відомий як "космічний міраж") відомий з 1916 р. Як наслідок теорії загальної відносності Альберта Ейнштейна. Гравітаційне поле масивного об'єкта кривить локальну геометрію Всесвіту, тому світлові промені, що проходять близько до об'єкта, зігнуті (як «пряма лінія» на поверхні Землі обов'язково вигнута через викривлення поверхні Землі) .
Цей ефект вперше спостерігали астрономи в 1919 році під час повного сонячного затемнення. Точні позиційні вимірювання зірок, помічені в темному небі біля затемненого Сонця, вказували на очевидне зміщення у напрямку, протилежному Сонцю, приблизно на стільки, на скільки прогнозували теорії Ейнштейна. Ефект пояснюється гравітаційним притяганням зоряних фотонів, коли вони проходять біля Сонця на шляху до нас. Це було прямим підтвердженням абсолютно нового явища, і це означало віху у фізиці.
У 30-х роках астроном Фріц Цвікі (1898 - 1974), швейцарської національності та працюючи в обсерваторії Маунт-Вілсон в Каліфорнії, зрозумів, що такий же ефект може трапитися і далеко в космосі, де галактики та великі скупчення галактик можуть бути досить компактними та масивними згинати світло від ще більш віддалених предметів. Однак, лише через п'ять десятиліть, у 1979 році, його ідеї спостережно підтвердили, коли було виявлено перший приклад космічного міражу (як два зображення того самого далекого квазара).
Космічні міражі, як правило, розглядаються як множинні зображення одного квазара [2], підкреслені галактикою, розташованою між квазаром і нами. Кількість і форма зображень квазара залежить від відносних положень квазара, лінзи, що лінзує, і нас. Більше того, якби вирівнювання було ідеальним, ми також бачили б кільцеподібне зображення навколо об'єктива, що об'єктивує. Такі «кільця Ейнштейна», однак, є дуже рідкісними, і їх спостерігали лише в дуже небагатьох випадках.
Інший особливий інтерес ефекту гравітаційного лінзування полягає в тому, що це може призвести не тільки до подвійних або декількох зображень одного і того ж об'єкта, але і до того, що яскравість цих зображень значно збільшується, як це відбувається із звичайним оптичним об'єктивом. Таким чином, віддалені галактики та галактичні скупчення можуть діяти як "природні телескопи", які дозволяють нам спостерігати більш віддалені об'єкти, які в іншому випадку були б занадто слабкими, щоб їх можна було виявити за допомогою наявних в даний час астрономічних телескопів.
Методи заточення зображень краще вирішують космічний міраж
У травні 2002 р. Домінік Слус, тоді докторант ЕСО в Чилі, докторантом ЕСО в Чилі достойно виявив нову гравітаційну лінзу, яка отримала позначення RXS J1131-1231 під час огляду квазарних знімків, зроблених телескопом ESO 3,6 м в обсерваторії Ла Сілла. Відкриття цієї системи отримало користь від хороших умов спостереження, що склалися на момент проведення спостережень. За допомогою простого візуального огляду цих зображень Слус тимчасово дійшов висновку, що система мала чотири зіркоподібні (лінзові квазарські зображення) та один дифузний (лінзуюча галактика) компонент.
Через дуже невелике розділення між компонентами, порядку однієї дуги секунди або менше, і неминучий ефект "розмивання", викликаний турбулентністю в земній атмосфері ("бачення"), астрономи використовували складне програмне забезпечення для різкості зображення для отримання вищого рівня - зображення роздільної здатності, на яких потім можна було б виконати точні яскравості та позиційні вимірювання (див. також ESO PR 09/97). Ця так звана "деконволюція" методика дозволяє набагато краще візуалізувати цю складну систему і, зокрема, підтвердити та зробити більш помітним пов'язане кільце Ейнштейна, пор. PR Photo 20a / 03.
Ідентифікація джерела та об'єктива
Потім команда астрономів [1] використовувала телескоп ESO 3,5-метрової нової технології (NTT) в La Silla для отримання спектрів окремих компонентів зображення цієї лінзової системи. Це вкрай важливо, оскільки подібно до відбитків людей, спектри дозволяють однозначно ідентифікувати спостережувані об'єкти.
Тим не менше, це непросте завдання, тому що різні зображення космічного міражу розташовані дуже близько один до одного на небі і для отримання чистих і добре розділених спектрів необхідні найкращі умови. Однак відмінна оптична якість НТТ у поєднанні з досить хорошими умовами зору (близько 0,7 арсекунди) дозволила астрономам виявити "спектральні відбитки" як джерела, так і об'єкта, що виступає як лінза, пор. ESO PR Photo 20b / 03.
Оцінка спектрів показала, що фоновим джерелом є квазар з червоним зміщенням z = 0,66 [3], що відповідає відстані близько 6 300 мільйонів світлових років. Світло від цього квазара піддають масивній еліптичній галактиці з червоним зміщенням z = 0,3, тобто на відстані 3500 мільйонів світлових років або приблизно на півдорозі між квазаром і нами. Це найближчий відомий на сьогодні гравітаційний квазар.
Через специфічну геометрію лінзи та положення галактики, що лінзує, можна показати, що світло з розширеної галактики, в якій розташований квазар, також повинен бути окульований і стати видимим у вигляді кільцеподібного зображення. Це дійсно так, демонструє PR Photo 20a / 03, який наочно показує наявність такого "кільця Ейнштейна", що оточує зображення ближче сусідньої галактики.
Мікрооб'єктив в межах макрооб'єктива?
Конфігурація окремих лінзованих зображень, що спостерігаються в цій системі, дозволила астрономам створити детальну модель системи. Виходячи з цього, вони можуть робити прогнози щодо відносної яскравості різних лінзованих зображень.
Дещо несподівано вони виявили, що передбачувані яскравості трьох найяскравіших зіркових зображень квазара не узгоджуються із спостережуваними - одне з них виявляється на одну величину (тобто в 2,5 раза) яскравішою, ніж очікувалося . Цей прогноз не ставить під сумнів загальну відносність, але говорить про те, що в цій системі діє інший ефект.
Гіпотеза, висунута командою, полягає в тому, що одне із зображень піддається «мікролінінгу». Цей ефект має той же характер, що і космічний міраж - утворюється багатократне посилення зображень об'єкта, - але в цьому випадку додаткове відхилення світлових променів викликається однією зіркою (або кількома зірками) всередині галактики, що лінзує. В результаті виникають додаткові (невирішені) зображення квазара в межах одного з зображень, що макросигналізуються.
Результатом є «надмірна посилення» цього зображення. Чи справді це дійсно так, незабаром буде перевірено за допомогою нових спостережень за цією гравітаційною системою лінз за допомогою дуже великого телескопа ESO (VLT) в Параналі (Чилі), а також з радіо обсерваторією Very Large Array (VLA) у Нью-Мексико (США) ).
Прогноз
До цих пір було виявлено 62 багатообразові квазари, в більшості випадків вони показують 2 або 4 зображення одного і того ж квазара. Присутність витягнутих зображень квазару і, зокрема, кільцеподібних зображень часто спостерігається на радіохвильових довжинах. Однак це залишається рідкісним явищем в оптичній області - до цього часу оптичними / інфрачервоними телескопами зображено лише чотири таких системи.
Зараз виявлена складна і порівняно яскрава система RXS J1131-1231 є унікальною астрофізичною лабораторією. Його рідкісні характеристики (наприклад, яскравість, наявність кільцеподібного зображення, невелике червоне зміщення, рентгенівське та радіовипромінювання, видима лінза…) тепер дозволять астрономам вивчати властивості галактики, що лінзує, включаючи її зоряний вміст, Структура та масовий розподіл дуже детально, а також дослідити морфологію джерела. У цих дослідженнях будуть використані нові спостереження, які зараз отримуються з VLT на Paranal, з радіоінтерферометром VLA у Нью-Мексико та з космічним телескопом Хаббл.
Більше інформації
Дослідження, описане в цьому прес-релізі, подано в Листі до редактора, який незабаром з’явиться в європейському професійному журналі Astronomy & Astrophysics («Квадратний зображений квазар з оптичним кандидатом у кільце Ейнштейна: 1RXS J113155.4-123155», Домінік Слузе та ін.).
Більше інформації про гравітаційне лінзування та про цю дослідницьку групу можна також знайти за URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Примітки
[1]: Команда складається з Домініка Слузе, Дамієна Гуцемкера і Тодорі Накоса (ESO та Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Жан-Франс-Клайскенс , Фредерік Курбін, Крістоф Жан та Жан Сурдей (IAGL), Мальвіна Біллерес (ESO) та Сергій Хміль (Астрономічна обсерваторія університету Шевченка).
[2]: Квазари - це особливо активні галактики, центри яких випромінюють величезну кількість енергії та енергетичних частинок. Вважається, що в їх центрі знаходиться велика чорна діра і енергія виробляється, коли навколишні речовини потрапляють у цю чорну діру. Цей тип об’єктів був вперше відкритий в 1963 році голландсько-американським астрономом Маартеном Шмідтом в обсерваторії Паламар (Каліфорнія, США), а назва посилається на їх "зіркоподібний" вигляд на зображеннях, отриманих на той час.
[3]: В астрономії "червоний зсув" позначає частку, за допомогою якої лінії в спектрі об'єкта зміщуються в бік більшої довжини хвилі. Оскільки червоний зсув космологічного об'єкта збільшується з відстанню, спостережуване червоне зміщення віддаленої галактики також дає оцінку його відстані.
Оригінальне джерело: Новини ESO
