Einsteinova prstencová gravitační čočka: SDSS J163028.15 + 452036.2. Obrazový kredit: Hubble. Klikni pro zvětšení
Když Albert Einstein rozvíjel svou teorii obecné relativity téměř před stoletím, navrhl, aby gravitační pole z masivních objektů mohlo dramaticky deformovat prostor a odklonit světlo.
Optická iluze vytvořená tímto účinkem se nazývá gravitační čočka. Je to ekvivalent přírody s obrovským zvětšovacím objektivem v prostoru, který zkresluje a zesiluje světlo vzdálenějších objektů. Einstein popsal gravitační čočky v článku publikovaném v roce 1936. Ale on si myslel, že účinek je nepoznatelný, protože optická zkreslení způsobená deformací vesmíru hvězd popředí by byla příliš malá na to, aby byla kdy měřitelná největšími dalekohledy své doby.
Nyní, téměř o století později, astronomové spojili dva silné astronomické prostředky, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a Hubbleův kosmický dalekohled NASA, aby identifikovali 19 nových „gravitačních objektivů“ galaxií, což významně přispělo k dosud známým přibližně 100 gravitačním čočkám. Z těchto 19 nalezli osm nových tzv. „Einsteinových prstenů“, které jsou možná nejelegantnějším projevem čočkového jevu. Ve viditelném světle byly dříve vidět pouze tři takové prsteny.
V gravitační čočce může být světlo ze vzdálených galaxií odkloněno na jeho cestě k Zemi gravitačním polem jakéhokoli masivního objektu, který leží v cestě. Z tohoto důvodu vidíme galaxii zdeformovanou do oblouku nebo do několika samostatných obrazů. Když jsou obě galaxie přesně uspořádány, vytvoří světlo kolem galaxie v popředí vzor býčího oka, nazvaný Einsteinův prsten.
Nově objevené čočky pocházejí z probíhajícího projektu nazvaného Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Tým astronomů vedený Adamem Boltonem z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku v Cambridge ve státě Massachusetts a Leonem Koopmansem z Kapteynského astronomického ústavu v Nizozemsku vybral kandidátské čočky z několika set tisíc optických spekter eliptických galaxií v Sloan Digital Sky Survey. Poté použili ostré oči Hubble's Advanced Camera for Surveys pro potvrzení.
"Masivní měřítko SDSS, spolu se zobrazovací kvalitou dalekohledu Hubble, otevřely tuto bezprecedentní příležitost pro objevení nových gravitačních čoček," vysvětlil Bolton. "Podařilo se nám identifikovat jednu z každých 1 000 galaxií, která ukazuje tyto příznaky gravitační čočky jiné galaxie."
Tým SLACS skenoval spektra přibližně 200 000 galaxií ve vzdálenosti 2 až 4 miliard světelných let. Tým hledal jasný důkaz o emisích z galaxií dvakrát tak daleko od Země a přímo za bližšími galaxiemi. Poté použili Hubble's Advanced Camera for Surveys k zachycení snímků 28 z těchto kandidátních čočkových galaxií. Studiem oblouků a prstenů vytvořených 19 z těchto kandidátů mohou astronomové přesně měřit hmotnost galaxií v popředí.
Kromě vytváření lichých tvarů poskytuje gravitační čočka astronomům nejpřímější sondu distribuce temné hmoty v eliptických galaxiích. Temná hmota je neviditelná a exotická forma hmoty, která dosud nebyla přímo pozorována. Astronomové odvozují její existenci měřením gravitačního vlivu. Temná hmota je v galaxiích všudypřítomná a tvoří většinu z celkové hmotnosti vesmíru. Při hledání temné hmoty v galaxiích astronomové doufají, že získají vhled do formování galaxie, která musela začít kolem hrbolatých koncentrací temné hmoty v časném vesmíru.
"Naše výsledky naznačují, že tyto" eliptické čočkové galaxie "mají v průměru stejnou strukturu hustoty jako u spirálních galaxií," pokračoval Bolton. "To odpovídá zvýšení podílu temné hmoty ve vztahu k hvězdám, když se člověk pohybuje od středu galaxie k objektivu a do jeho slabšího okraje." A protože tyto geologie čoček jsou relativně jasné, můžeme tento výsledek upevnit dalšími pozemními spektroskopickými pozorováními hvězdných pohybů v čočkách. “
"Schopnost studovat tyto a další gravitační čočky již v čase, který uplynul několik miliard let, nám umožňuje přímo vidět, zda distribuce temných [neviditelných] a viditelných hmotných změn se mění s kosmickým časem," dodal Dr. Koopmans. "Na základě těchto informací můžeme vyzkoušet běžně zastávanou myšlenku, že se galaxie vytvářejí z kolize a sloučení menších galaxií."
Sloan Digital Sky Survey, ze kterého byl vybrán vzorek kandidátů na objektivy SLACS, byl zahájen v roce 1998 pomocí pozemního dalekohledu postaveného na míru, který měřil barvy a jas více než 100 milionů objektů na čtvrtině oblohy a mapy. vzdálenosti k miliónu galaxií a kvasarů. "Tento typ průzkumu gravitačních čoček nebyl původním cílem SDSS, ale byl umožněn vynikající kvalitou dat SDSS," řekl Scott Burles z Massachusetts Institute of Technology v Cambridge, Massachusetts, člen týmu SLACS a jeden z tvůrců SDSS.
"Dalším bonusem velké velikosti databáze SDSS je, že můžeme navrhnout naše vyhledávací kritéria tak, abychom našli čočky, které jsou nejvhodnější pro konkrétní vědecké cíle," řekl člen týmu SLACS Tommaso Treu z University of California v Santa Barbara. . „Zatímco dosud jsme jako naše cíle vybrali největší galaxie, v dalších fázích průzkumu cílíme na menší galaxie objektivů. Existují náznaky, že struktura galaxií se mění s velikostí galaxie. Tím, že identifikujeme tyto vzácné objekty „na vyžádání“, budeme brzy moci poprvé otestovat, zda je to pravda. “
Přidán člen týmu SLACS Leonidas Moustakas z NASA Jet Propulsion Laboratory a Kalifornského technologického institutu v Pasadeně, Kalifornie: „Tyto Einsteinovy prsteny také poskytují bezkonkurenční zvětšený pohled na čočkové galaxie, což nám umožňuje studovat hvězdy a historii formování tyto vzdálené galaxie. “
Průzkum SLACS pokračuje a tým dosud použil Hubble ke studiu téměř 50 svých kandidátních čočkových galaxií. Očekává se, že konečný součet bude více než 100 a mezi nimi bude mnoho dalších nových čoček. Počáteční zjištění průzkumu se objeví v únorovém vydání Astrofyzikálního deníku a ve dvou dalších dokumentech, které byly do tohoto časopisu předloženy.
Původní zdroj: Hubblesite News Release
