Кольцевая гравитационная линза Эйнштейна: SDSS J163028.15 + 452036.2. Изображение предоставлено: Хаббл. нажмите, чтобы увеличить
Альберт Эйнштейн разработал свою теорию общей теории относительности почти столетие назад, он предположил, что гравитационное поле от массивных объектов может значительно деформировать пространство и отклонять свет.
Оптическая иллюзия, создаваемая этим эффектом, называется гравитационным линзированием. Это природный эквивалент наличия в космосе гигантской увеличительной линзы, которая искажает и усиливает свет более отдаленных объектов. Эйнштейн описал гравитационное линзирование в статье, опубликованной в 1936 году. Но он думал, что эффект не наблюдался, потому что оптические искажения, вызванные искривлением пространства звезд переднего плана, были бы слишком малы, чтобы их можно было измерить с помощью самых больших телескопов его времени.
Теперь, почти столетие спустя, астрономы объединили два мощных астрономических актива, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и космический телескоп Хаббла НАСА, чтобы идентифицировать 19 новых галактик с гравитационной линзой, значительно увеличивая примерно 100 гравитационных линз, ранее известных. Среди этих 19 они нашли восемь новых так называемых «колец Эйнштейна», которые, возможно, являются наиболее элегантным проявлением феномена линзирования. Только три таких кольца были ранее видны в видимом свете.
В гравитационном линзировании свет от далеких галактик может отклоняться на пути к Земле гравитационным полем любого массивного объекта, который находится на пути. Из-за этого мы видим галактику, искаженную в виде дуги или нескольких отдельных изображений. Когда обе галактики точно выстроены в линию, свет формирует узор «яблочко», называемый кольцом Эйнштейна, вокруг галактики на переднем плане.
Недавно обнаруженные линзы происходят из продолжающегося проекта, который называется «Слановая съемка ACS Lens» (SLACS). Команда астрономов во главе с Адамом Болтоном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, и Леоном Купмансом из Астрономического института им. Каптейна в Нидерландах отобрала линзы-кандидаты из нескольких сотен тысяч оптических спектров эллиптических галактик в Sloan Digital Sky Survey. Затем они использовали острые глаза усовершенствованной камеры Хаббла для опросов, чтобы подтвердить это.
«Огромный масштаб SDSS, а также качество изображения телескопа Хаббла открыли эту беспрецедентную возможность для открытия новых гравитационных линз», объяснил Болтон. «Нам удалось идентифицировать одну из каждых 1000 галактик, которые показывают эти признаки гравитационного линзирования другой галактики».
Команда SLACS сканировала спектры примерно 200 000 галактик на расстоянии от 2 до 4 миллиардов световых лет. Команда искала явные доказательства излучения галактик в два раза дальше от Земли и непосредственно за ближайшими галактиками. Затем они воспользовались усовершенствованной камерой для съемки Хаббла, чтобы сфотографировать 28 из этих потенциальных линзирующих галактик. Изучая дуги и кольца, созданные 19 из этих кандидатов, астрономы могут точно измерить массу галактик переднего плана.
Помимо создания странных форм, гравитационное линзирование дает астрономам самое прямое исследование распределения темной материи в эллиптических галактиках. Темная материя - это невидимая и экзотическая форма материи, которая еще не наблюдалась напрямую. Астрономы определяют его существование, измеряя его гравитационное влияние. Темная материя распространяется в галактиках и составляет большую часть всей массы вселенной. В поисках темной материи в галактиках астрономы надеются получить представление о формировании галактики, которая, должно быть, началась вокруг скопления темной материи в ранней Вселенной.
«Наши результаты показывают, что в среднем эти« галактики с эллиптической линзой »имеют ту же особую структуру плотности массы, что и в спиральных галактиках», - продолжил Болтон. «Это соответствует увеличению доли темной материи относительно звезд по мере удаления от центра линзирующей галактики на ее более тусклые окраины. И так как эти гелаксации линз являются относительно яркими, мы можем закрепить этот результат с помощью дальнейших наземных спектроскопических наблюдений за движениями звезд в линзах ».
«Возможность изучать эти и другие гравитационные линзы уже в течение нескольких миллиардов лет позволяет нам непосредственно видеть, изменяется ли распределение темной [невидимой] и видимой массы с космическим временем», - добавил доктор Купманс. «С помощью этой информации мы можем проверить общепринятую идею о том, что галактики образуются в результате столкновения и слияния меньших галактик».
Исследование Sloan Digital Sky Survey, из которого был выбран образец объектива-кандидата SLACS, было начато в 1998 году с специально созданного наземного телескопа для измерения цветов и яркости более 100 миллионов объектов на четверти неба и карты. расстояния до миллиона галактик и квазаров. «Этот тип исследования гравитационных линз не был первоначальной целью SDSS, но стал возможен благодаря превосходному качеству данных SDSS», - сказал Скотт Берлес из Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс, член команды SLACS. и один из создателей SDSS.
«Дополнительным преимуществом большого размера базы данных SDSS является то, что мы можем разработать критерии поиска, чтобы найти линзы, наиболее подходящие для конкретных научных целей», - сказал член команды SLACS Томмазо Треу из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. , «Принимая во внимание, что до сих пор мы выбирали самые большие галактики в качестве наших целей, на следующих этапах исследования мы нацелены на меньшие линзовые галактики. Были предположения, что структура галактик изменяется с размером галактики. Выявив эти редкие объекты «по требованию», мы скоро сможем впервые проверить, так ли это ».
Добавлен член команды SLACS Леонидас Мустакас из Лаборатории реактивного движения НАСА и Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния: «Эти кольца Эйнштейна также дают непревзойденное увеличенное изображение линзированных галактик, что позволяет нам изучать звезды и истории формирования эти далекие галактики.
Исследование SLACS продолжается, и до сих пор команда использовала Хаббла для изучения почти 50 из возможных кандидатов в линзирующие галактики. Ожидается, что общее количество будет более 100, и среди них будет много новых объективов. Первоначальные результаты опроса будут опубликованы в февральском номере Астрофизического журнала за 2006 год и в двух других документах, представленных в этот журнал.
Первоначальный источник: пресс-релиз Hubblesite
