Кільцева гравітаційна лінза Ейнштейна: SDSS J163028.15 + 452036.2. Кредит зображення: Хаббл. Натисніть, щоб збільшити
Коли Альберт Ейнштейн розробив свою теорію загальної відносності майже століття тому, він запропонував, що гравітаційне поле з масивних предметів може різко перекосити простір і відхилити світло.
Оптична ілюзія, створена цим ефектом, називається гравітаційним лінзуванням. Це природний еквівалент наявності у просторі гігантської збільшувальної лінзи, яка спотворює і посилює світло більш віддалених предметів. У статті, опублікованій у 1936 році, Ейнштейн описав гравітаційне лінзування. Однак він вважав, що ефект не спостерігається, оскільки оптичні спотворення, спричинені викривленням простору зірок переднього плану, будуть занадто малі, щоб коли-небудь виміряти найбільші телескопи свого часу.
Тепер, майже століття пізніше, астрономи об'єднали два потужні астрономічні засоби, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) та космічний телескоп Хаббла NASA, щоб визначити 19 нових галактичних гранітаційних лінз, додавши значною мірою приблизно до 100 відомих раніше гравітаційних лінз. Серед цих 19 вони знайшли вісім нових так званих «кілець Ейнштейна», які, мабуть, є найелегантнішим проявом явища лінзирування. Лише три таких кільця раніше були помічені у видимому світлі.
При гравітаційному лінзуванні світло від далеких галактик може відхилятися на шляху до Землі гравітаційним полем будь-якого масивного об'єкта, який лежить на шляху. Через це ми бачимо галактику, перекручену в дугу або кілька окремих зображень. Коли обидві галактики точно вишикуються, світло утворює навколо очей галактику візерунок бика, який називається кільце Ейнштейна.
Нещодавно відкриті лінзи походять від поточного проекту під назвою «Обстеження слоїв лінз ACS» (SLACS). Команда астрономів під керівництвом Адама Болтона з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики в Кембриджі, штат Массачусетс, та Леона Коопманса з Астрономічного інституту Каптейн в Нідерландах відібрала лінзи-кандидати з кількох сотень тисяч оптичних спектрів еліптичних галактик у опитування цифрового неба Sloan. Потім вони використали гострі очі вдосконаленої камери Хаббла для опитувань для підтвердження.
"Величезний масштаб SDSS разом із якістю зображення телескопа Хаббла відкрив цю безпрецедентну можливість для відкриття нових гравітаційних лінз", - пояснив Болтон. "Нам вдалося визначити одну з кожних 1000 галактик, які показують ці ознаки гравітаційного лінзування іншої галактики".
Команда SLACS відсканувала спектри приблизно 200 000 галактик за 2–4 мільярди світлових років. Команда шукала чітких доказів викидів із галактик удвічі більше від Землі та безпосередньо за найближчими галактиками. Потім вони використовували розширену камеру Хаббла для опитувань, щоб зробити знімки 28 із цих кандидатських об'єктивів. Вивчаючи дуги і кільця, отримані 19 з цих кандидатів, астрономи можуть точно виміряти масу галактик переднього плану.
Крім отримання незвичайних форм, гравітаційне лінзування дає астрономам найбільш прямий зонд розподілу темної речовини в еліптичних галактиках. Темна матерія - це невидима і екзотична форма матерії, яку ще безпосередньо не спостерігали. Астрономи визначають його існування, вимірюючи його гравітаційний вплив. Темна речовина всепроникна всередині галактик і складає більшу частину всієї маси Всесвіту. Шукаючи темну речовину в галактиках, астрономи сподіваються отримати уявлення про утворення галактик, яке, мабуть, почалося навколо кускових концентрацій темної речовини в ранньому Всесвіті.
"Наші результати свідчать про те, що в середньому ці" еліптичні галактики лінзи "мають таку саму особливу структуру щільності маси, що і у спіральних галактик", - продовжив Болтон. “Це відповідає збільшенню частки темної матерії відносно зірок у міру віддалення від центру галактики, що лінзує, та її слабкі околиці. А оскільки ці лінзові гелаксики відносно яскраві, ми можемо затвердити цей результат за допомогою подальших наземних спектроскопічних спостережень за зоряними рухами в лінзах ».
"Можливість вивчення цих та інших гравітаційних лінз ще за кілька мільярдів років дозволяє нам безпосередньо зрозуміти, чи змінюється розподіл темної [невидимої] і видимої маси з космічним часом", - додав доктор Коопманс. "За допомогою цієї інформації ми можемо перевірити загальноприйняту думку про те, що галактики утворюються від зіткнення та злиття менших галактик."
Дослідження цифрового неба Sloan, з якого було відібрано зразок кандидата для лінз SLACS, було розпочато в 1998 році за допомогою наземного телескопа, виготовленого на замовлення, для вимірювання кольорів та яскравості понад 100 мільйонів об'єктів на чверті неба та карти відстані до мільйона галактик і квазарів. "Цей тип гравітаційних лінз не був оригінальною метою SDSS, але це стало можливим завдяки чудовій якості даних SDSS", - сказав Скотт Берлс з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі, штат Массачусетс, член команди SLACS і один із творців SDSS.
"Додатковим бонусом великого розміру бази даних SDSS є те, що ми можемо розробити наші критерії пошуку, щоб знайти лінзи, які найбільше підходять для конкретних наукових цілей", - сказав член команди SLACS Томмазо Треу з Каліфорнійського університету, Санта-Барбара . “Оскільки до цих пір ми обрали найбільші галактики в якості наших цілей, на наступних етапах опитування ми орієнтуємося на менші галактики об’єктивів. Були припущення, що структура галактик змінюється з розміром галактики. Виявивши ці рідкісні об’єкти "на вимогу", ми незабаром зможемо вперше перевірити, чи це правда ".
Додав член команди SLACS Леонідас Мустакас з лабораторії реактивного руху НАСА та Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, Каліфорнія: «Ці кільця Ейнштейна також дають неперевершений збільшений вигляд орендованих галактик, що дозволяє нам вивчати зірки та історії формування пластів ці далекі галактики. "
Опитування SLACS триває, і поки що команда використовувала Хаббла для вивчення майже 50 їхніх кандидатських лінзи. Очікується, що підсумкова сума становитиме понад 100, серед них ще багато нових лінз. Початкові результати опитування з'являться у випуску «Астрофізичного журналу» за лютий 2006 року та у двох інших роботах, які були подані до цього журналу.
Оригінальне джерело: Hubblesite News Release
