Изображение предоставлено: ESO
Астрономы из Европейской южной обсерватории обнаружили очень редкую гравитационную линзу «кольцо Эйнштейна», в которой свет от далекого квазара искажается и увеличивается гравитацией более близкой галактики. Два объекта настолько тесно выровнены, что изображение квазара образует кольцо вокруг галактики с нашей точки зрения здесь, на Земле. С помощью тщательных измерений команда смогла определить, что квазар находится на расстоянии 6,3 миллиарда световых лет, а галактика - на расстоянии всего 3,5 миллиарда световых лет, что делает его самой близкой из когда-либо обнаруженных гравитационных линз.
Используя 3,6-метровый телескоп ESO в Ла Силле (Чили), международная команда астрономов [1] обнаружила сложный космический мираж в кратере южного созвездия (Кубок). Эта система «гравитационной линзы» состоит из (по меньшей мере) четырех изображений одного и того же квазара, а также кольцевого изображения галактики, в которой находится квазар - известного как «кольцо Эйнштейна». Более близкая линзовая галактика, которая вызывает этот интригующий оптический обман, также хорошо видна.
Команда получила спектры этих объектов с помощью новой камеры EMMI, установленной на 3,5-м телескопе новой технологии ESO (NTT), также в обсерватории La Silla. Они обнаружили, что линзовый квазар [2] расположен на расстоянии 6 300 миллионов световых лет (его «красное смещение» составляет z = 0,66 [3]), в то время как линзовая эллиптическая галактика находится примерно на полпути между квазаром и нами на расстоянии 3500 миллионов световых лет (z = 0,3).
Система получила обозначение RXS J1131-1231 - это самый близкий к настоящему времени квазар с гравитационной линзой.
Космические миражи
Физический принцип, лежащий в основе «гравитационной линзы» (также известный как «космический мираж»), известен с 1916 года как следствие теории общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Гравитационное поле массивного объекта искривляет локальную геометрию Вселенной, поэтому лучи света, проходящие близко к объекту, изгибаются (как «прямая линия» на поверхности Земли обязательно изогнута из-за кривизны поверхности Земли) ,
Этот эффект был впервые обнаружен астрономами в 1919 году во время полного солнечного затмения. Точные позиционные измерения звезд, видимых на темном небе около затмевшегося Солнца, показали явное смещение в направлении, противоположном Солнцу, примерно столько, сколько предсказано теорией Эйнштейна. Эффект обусловлен гравитационным притяжением звездных фотонов, когда они проходят около Солнца по пути к нам. Это было прямым подтверждением совершенно нового явления, и оно стало важной вехой в физике.
В 1930-х годах астроном Фриц Цвики (1898 - 1974), гражданин Швейцарии и работавший в обсерватории Маунт-Уилсон в Калифорнии, понял, что тот же эффект может также произойти далеко в космосе, где галактики и крупные скопления галактик могут быть достаточно компактными и массивными. гнуть свет от еще более отдаленных объектов. Однако только пять десятилетий спустя, в 1979 году, его идеи были подтверждены наблюдениями, когда был обнаружен первый пример космического миража (в виде двух изображений одного и того же далекого квазара).
Космические миражи обычно рассматриваются как множественные изображения одного квазара [2], линзируемого галактикой, расположенной между квазаром и нами. Количество и форма изображений квазара зависит от взаимного расположения квазара, линзирующей галактики и нас. Более того, если бы выравнивание было идеальным, мы бы также увидели изображение в форме кольца вокруг объекта линзирования. Такие «кольца Эйнштейна» очень редки, и наблюдались только в очень немногих случаях.
Другой особый интерес эффекта гравитационного линзирования заключается в том, что он может не только приводить к двойным или множественным изображениям одного и того же объекта, но и к тому, что яркость этих изображений значительно увеличивается, как это происходит с обычной оптической линзой. Таким образом, далекие галактики и скопления галактик могут действовать как «естественные телескопы», которые позволяют нам наблюдать более отдаленные объекты, которые в противном случае были бы слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить с помощью имеющихся в настоящее время астрономических телескопов.
Методы повышения резкости изображения лучше разрешают космический мираж
Новая гравитационная линза, обозначенная RXS J1131-1231, была случайно открыта в мае 2002 года Домиником Слузом, тогдашним аспирантом ESO в Чили, во время проверки квазарных изображений, сделанных с помощью телескопа ESO 3,6 м в обсерватории La Silla. Открытие этой системы получило выгоду от хороших условий наблюдения, преобладающих во время наблюдений. На основании простого визуального осмотра этих изображений Слуз временно сделал вывод, что система имеет четыре звездообразных (линзированные изображения квазара) и один рассеянный (линзирующая галактика) компонент.
Из-за очень малого расстояния между компонентами, порядка одной секунды или менее, и неизбежного эффекта «размытия», вызванного турбулентностью в земной атмосфере («видение»), астрономы использовали сложное программное обеспечение для повышения резкости изображения, чтобы произвести более высокое -разрешение изображений, на которых затем можно выполнить точные измерения яркости и позиционирования (см. также ESO PR 09/97). Этот так называемый метод «деконволюции» позволяет намного лучше визуализировать эту сложную систему и, в частности, подтвердить и сделать более заметным ассоциированное кольцо Эйнштейна, ср. PR Photo 20a / 03.
Идентификация источника и объектива
Затем команда астрономов [1] использовала 3,5-м телескоп новой технологии ESO (NTT) в La Silla, чтобы получить спектры отдельных компонентов изображения этой системы линзирования. Это необходимо, потому что, как и человеческие отпечатки пальцев, спектры позволяют однозначно идентифицировать наблюдаемые объекты.
Тем не менее, это не простая задача, потому что различные изображения космического миража расположены очень близко друг к другу на небе, и для получения чистых и хорошо разделенных спектров необходимы наилучшие возможные условия. Однако превосходное оптическое качество NTT в сочетании с достаточно хорошими условиями наблюдения (около 0,7 угловых секунд) позволило астрономам обнаружить «спектральные отпечатки пальцев» как источника, так и объекта, выступающего в качестве линзы, ср. ESO PR Фото 20b / 03.
Оценка спектров показала, что фоновым источником является квазар с красным смещением z = 0,66 [3], что соответствует расстоянию около 6300 миллионов световых лет. Свет от этого квазара линзируется массивной эллиптической галактикой с красным смещением z = 0,3, т. Е. На расстоянии 3500 миллионов световых лет или примерно на полпути между квазаром и нами. Это ближайший к настоящему времени квазар с гравитационной линзой.
Из-за специфической геометрии линзы и положения линзирующей галактики можно показать, что свет от расширенной галактики, в которой расположен квазар, также должен быть линзовым и становиться видимым как изображение в форме кольца. То, что это действительно так, демонстрирует PR Photo 20a / 03, который четко показывает наличие такого «кольца Эйнштейна», окружающего изображение более близкой линзообразной галактики.
Микро линзирование внутри макролинзирования?
Конкретная конфигурация отдельных линзовых изображений, наблюдаемых в этой системе, позволила астрономам создать детальную модель системы. Исходя из этого, они могут затем делать прогнозы относительно относительной яркости различных линзовых изображений.
Несколько неожиданно они обнаружили, что предсказанные яркости трех самых ярких звездоподобных изображений квазара не соответствуют наблюдаемым - одно из них оказывается на одну величину (то есть в 2,5 раза) ярче, чем ожидалось , Это предсказание не ставит под сомнение общую относительность, но предполагает, что в этой системе действует другой эффект.
Гипотеза, выдвинутая командой, состоит в том, что одно из изображений подвергается «микролинзированию». Этот эффект имеет ту же природу, что и космический мираж - формируется несколько усиленных изображений объекта, - но в этом случае дополнительное отклонение светового луча вызвано одной звездой (или несколькими звездами) внутри галактики-линзы. В результате в одном из макролинзовых изображений появляются дополнительные (неразрешенные) изображения квазара.
Результатом является «чрезмерное усиление» этого конкретного изображения. Будет ли это действительно так, скоро будет проверено с помощью новых наблюдений этой системы гравитационных линз с помощью ESO Very Large Telescope (VLT) в Паранале (Чили), а также с помощью радиообсерватории Very Large Array (VLA) в Нью-Мексико (США). ).
прогноз
До настоящего времени было обнаружено 62 квазара с несколькими изображениями, в большинстве случаев показывающих 2 или 4 изображения одного и того же квазара. Наличие удлиненных изображений квазара и, в частности, кольцеобразных изображений часто наблюдается на радиоволнах. Тем не менее, это остается редким явлением в оптической области - до настоящего времени только четыре таких системы были получены с помощью оптических / инфракрасных телескопов.
Сложная и сравнительно яркая система RXS J1131-1231, обнаруженная в настоящее время, является уникальной астрофизической лабораторией. Его редкие характеристики (например, яркость, наличие изображения в форме кольца, небольшое красное смещение, рентгеновское и радиоизлучение, видимая линза и т. Д.) Теперь позволяют астрономам изучать свойства линзообразной галактики, включая ее звездное содержание, структура и распределение массы очень подробно, и исследовать морфологию источника. В этих исследованиях будут использованы новые наблюдения, которые в настоящее время получают с помощью VLT в Паранале, с помощью радиоинтерферометра VLA в Нью-Мексико и с помощью космического телескопа Хаббла.
Больше информации
Исследование, описанное в этом пресс-релизе, представлено в письме в редакцию, которое вскоре появится в Европейском профессиональном журнале Astronomy & Astrophysics («Квазар с четырьмя изображениями и оптическим кольцом-кандидатом Эйнштейна: 1RXS J113155.4-123155», Доминик) Sluse и др.).
Дополнительную информацию о гравитационном линзировании и об этой исследовательской группе можно также найти по адресу: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Ноты
[1]: Команда состоит из Доминика Слуза, Дэмиена Хатсемекерса и Тодори Накоса (ESO и Института астрофизики и деофизики Университета им. Лиеге - IAGL), Жана-Франсуа Клаескенса Фредерик Курбин, Кристоф Жан и Жан Сурдей (IAGL), Мальвина Биллер (ESO) и Сергей Хмиль (Астрономическая обсерватория Университета им. Шевчентко).
[2]: Квазары являются особенно активными галактиками, центры которых испускают огромные количества энергии и энергичных частиц. Считается, что в их центре находится массивная черная дыра, и что энергия вырабатывается, когда окружающая среда падает в эту черную дыру. Этот тип объекта был впервые обнаружен в 1963 году голландско-американским астрономом Маартеном Шмидтом в Паломарской обсерватории (Калифорния, США), и название относится к их «звездному» виду на изображениях, полученных в то время.
[3]: В астрономии «красное смещение» обозначает долю, на которую линии в спектре объекта смещаются в сторону более длинных волн. Поскольку красное смещение космологического объекта увеличивается с расстоянием, наблюдаемое красное смещение удаленной галактики также дает оценку ее расстояния.
Источник: ESO News Release
