Кредит изображения: SDSS
Гравитационное линзирование происходит, когда свет от удаленного объекта, такого как квазар, искажается силой тяжести более близкого объекта. Астрономы обнаружили именно такую линзу, где искажения настолько велики, что они должны быть вызваны значительным количеством темной материи - только видимый материал не может быть ответственным. Темная материя предсказана ее гравитационным влиянием на галактики и звезды во Вселенной, но астрономы до сих пор не уверены, что это такое; будь то обычная материя, которая слишком холодна, чтобы ее можно было увидеть с Земли, или какая-то экзотическая частица.
Ученые Sloan Digital Sky Survey обнаружили квазар с гравитационной линзой с наибольшим из когда-либо зарегистрированных различий и, вопреки ожиданиям, обнаружили, что четыре из самых отдаленных, самых ярких известных квазаров не имеют гравитационной линзы.
Теория общей теории относительности Альберта Эйнштейна предсказывает, что гравитационное притяжение массивного тела может действовать как линза, изгибая и искажая свет удаленного объекта. Массивная структура где-то между далеким квазаром и Землей может «линзировать» свет квазара, делая изображение существенно ярче и создавая несколько изображений одного объекта.
В статье, опубликованной в журнале NATURE 18/25 декабря, команда Sloan Digital Sky Survey (SDSS) во главе с аспирантами Токийского университета Наохисой Инадой и Масамунэ Огури сообщает, что четыре квазара, находящиеся в непосредственной близости, на самом деле являются легким Из одного квазара разделить на четыре изображения методом гравитационного линзирования.
Более 80 квазаров с гравитационной линзой были обнаружены с тех пор, как в 1979 году был обнаружен первый пример. Десятка каталогизированных линзных квазаров - это открытия SDSS, половина из которых является результатом работы Инады и его команды.
Но что делает этот последний вывод настолько драматичным, так это то, что расстояние между четырьмя изображениями вдвое больше, чем у любого ранее известного квазара с гравитационной линзой. До открытия этого квазара с четырьмя линзами наибольшее расстояние, известное в квазаре с гравитационной линзой, составляло 7 угловых секунд. Квазар, обнаруженный командой SDSS, находится в созвездии Льва Малого; он состоит из четырех изображений, разделенных 14,62 угловыми секундами.
Чтобы произвести такое большое разделение, концентрация вещества, вызывающего линзирование, должна быть особенно высокой. На переднем плане этой гравитационной линзы находится скопление галактик; темная материя, связанная с кластером, должна отвечать за беспрецедентное большое разделение.
«Дополнительные наблюдения, полученные на 8,2-метровом телескопе Subaru и телескопе Keck, подтвердили, что эта система действительно является гравитационной линзой», - объясняет Инада. «Квазары, которые так сильно расщепляются гравитационным линзированием, по прогнозам, очень редки, и, следовательно, могут быть обнаружены только в очень больших исследованиях, таких как SDSS».
Огури добавил: «Обнаружение одной такой широкой гравитационной линзы из более чем 30 000 квазаров SDSS, обследованных на сегодняшний день, полностью соответствует теоретическим ожиданиям моделей, в которых во Вселенной преобладает холодная темная материя. Это дает дополнительные убедительные доказательства для таких моделей ». (Холодная темная материя, в отличие от горячей темной материи, образует плотные комки, такие как гравитационные линзы).
«Гравитационная линза, которую мы обнаружили, предоставит идеальную лабораторию для изучения связи между видимыми объектами и невидимой темной материей во вселенной», - объяснил Огури.
Во второй статье, которая будет опубликована в Астрономическом журнале в марте 2004 года, команда во главе с Гордоном Ричардсом из Принстонского университета использовала космическое телескоп Хаббла с высоким разрешением, чтобы исследовать четыре из самых отдаленных известных квазаров, обнаруженных SDSS на предмет признаков гравитационного линзирования. ,
Глядя на большие расстояния в астрономии, оглядывается назад во времени. Эти квазары видны в то время, когда вселенная составляла менее 10 процентов от ее нынешнего возраста. Эти квазары чрезвычайно светящиеся и, как полагают, питаются огромными черными дырами с массами, в несколько миллиардов раз превышающими массы Солнца. Исследователи сказали, что это настоящая загадка, как такие массивные черные дыры могли образоваться так рано во Вселенной. И все же, если бы эти объекты были гравитационно-линзовыми, исследователи SDSS вывели бы существенно меньшие значения светимости и, следовательно, массы черных дыр, упрощая объяснение их образования.
«Чем дальше квазар, тем больше вероятность, что между ним и зрителем находится галактика. Вот почему мы ожидали, что будут линзировать самые отдаленные квазары », - объяснил исследователь SDSS Сяохуэй Фан из Университета Аризоны. Однако, вопреки ожиданиям, ни один из четырех не показывает никаких признаков нескольких изображений, которые являются отличительной чертой линзирования.
«Только небольшая часть квазаров имеет гравитационную линзу. Однако такие яркие квазары очень редки в далекой вселенной. Так как линзы приводят к тому, что квазары кажутся ярче и, следовательно, их легче обнаружить, мы ожидали, что наши отдаленные квазары будут наиболее вероятными линзами », - предположил член команды Золтан Хайман из Колумбийского университета.
«Тот факт, что эти квазары не имеют линз, говорит о том, что астрономы должны серьезно отнестись к идее, что квазары в несколько миллиардов раз больше массы Солнца, образованной менее чем через миллиард лет после Большого взрыва», - сказал Ричардс. «Сейчас мы ищем больше примеров квазаров с высоким красным смещением в SDSS, чтобы дать теоретикам еще больше сверхмассивных черных дыр для объяснения».
Источник: выпуск новостей SDSS
