Kujutise krediit: ESO
Euroopa lõunaobservatooriumi astronoomid on leidnud väga haruldase “Einsteini rõnga” gravitatsiooniläätse, kus kaugest kvaasarist eralduvat valgust väänatakse ja suurendatakse lähema galaktika gravitatsiooni abil. Kaks objekti on nii tihedalt joondatud, et kvaasari kujutis moodustab galaktika ümber rõnga meie vaatepunktist siin Maa peal. Hoolikate mõõtmiste abil suutis meeskond kindlaks teha, et kvaasar asub 6,3 miljardi valgusaasta kaugusel ja galaktika asub vaid 3,5 miljardit valgusaastat, muutes selle lähimaks gravitatsiooniläätseks, mis eales avastatud.
Kasutades ESO 3,6-m teleskoopi La Silla (Tšiili), avastas rahvusvaheline astronoomide meeskond [1] lõunaosas asuvas kraatris keeruka kosmilise miraaži (The Cup). See “gravitatsiooniläätsede” süsteem koosneb (vähemalt) neljast sama kvasari kujutisest, samuti rõngakujulisest kujutisest galaktikast, milles kvasar asub - nn “Einsteini rõngas”. Hästi on näha ka läheduses asuv läätsega galaktika, mis seda intrigeerivat optilist illusiooni põhjustab.
Meeskond hankis nende objektide spektrid uue EMMI kaameraga, mis oli paigaldatud ESO 3,5-m uue tehnoloogia teleskoobile (NTT), ka La Silla observatooriumis. Nad leiavad, et läätsega kvaasar [2] asub 6300 miljoni valgusaasta kaugusel (selle “punane nihe” on z = 0,66 [3]), samal ajal kui läätsede elliptiline galaktika asub kvasari ja meie vahel laias laastus poolel kaugusel 3500 miljonist valgusaastast (z = 0,3).
Süsteemile on antud tähis RXS J1131-1231 - see on lähim gravitatsiooniläätsega kvasar, mida seni leitud.
Kosmilised miraažid
„Gravitatsiooniläätse” (tuntud ka kui „kosmilise miraaži”) füüsiline printsiip on tuntud juba alates 1916. aastast Albert Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria tagajärjel. Massiivse objekti gravitatsiooniväli kõverdab Universumi lokaalset geomeetriat, nii et objekti lähedal kulgevad valguskiired on painutatud (nagu näiteks Maa pinnal olev sirge joon on Maa pinna kõveruse tõttu tingimata kõver) .
Seda mõju nägid astronoomid esmakordselt 1919. aastal täieliku päikesevarjutuse ajal. Varjutatud Päikese lähedal pimedas taevas nähtavate tähtede täpsed positsioonimõõtmised näitasid nähtavat nihet Päikese vastassuunas, umbes sama palju kui Einsteini teooria ennustas. Efekt on tingitud tähe footonite gravitatsioonilisest külgetõmbest, kui nad lähevad meie poole Päikese lähedal. See oli otsene kinnitus täiesti uuele nähtusele ja tähistas verstaposti füüsikas.
1930ndatel sai Šveitsist pärit ja Californias Mount Wilsoni observatooriumis töötav astronoom Fritz Zwicky (1898 - 1974) aru, et sama efekt võib toimuda ka kaugel kosmoses, kus galaktikad ja suured galaktikaparved võivad olla piisavalt kompaktsed ja massiivsed valguse painutamiseks veelgi kaugematest objektidest. Kuid alles viis aastakümmet hiljem, 1979. aastal, kinnitati tema ideesid, kui avastati esimene kosmilise miraaži esimene näide (sama kauge kvaasari kahe kujutisena).
Kosmilisi miraaže peetakse üldiselt ühe kvasari mitme kujutisena [2], mille läätsed on kvasari ja meie vahel asuva galaktika poolt. Kvasari piltide arv ja kuju sõltub kvaasi, läätsega galaktika ja meie suhtelistest positsioonidest. Veelgi enam, kui joondamine oleks täiuslik, näeksime läätseobjekti ümber ka rõngakujulist pilti. Sellised “Einsteini rõngad” on siiski väga haruldased ja neid on täheldatud vaid väga üksikutel juhtudel.
Gravitatsioonilise läätse efekti teine eriline huvi on see, et selle tulemuseks ei pruugi olla ainult ühe või sama objekti topelt- või mitu pilti, vaid ka nende piltide heleduse suurenemine, nagu tavalise optilise läätse puhul. Kaug galaktikad ja galaktikaparved võivad seega toimida „looduslike teleskoopidena”, mis võimaldavad meil jälgida kaugemaid objekte, mis muidu oleks olnud liiga nõrgad, et praegu saadaolevate astronoomiliste teleskoopidega seda tuvastada.
Kujutiste teravustamise tehnikad lahendavad kosmilise miraaži paremini
Tšiili ESO doktorant Dominique Sluse avastas 2002. aasta mais uue gravitatsiooniläätse, tähistusega RXS J1131-1231, kontrollides La Silla observatooriumis ESO 3,6-m teleskoobiga tehtud kvaasipilte. Selle süsteemi avastamine tõi kasu vaatluste ajal valitsenud headest vaatlustingimustest. Nende piltide lihtsa visuaalse kontrolli põhjal jõudis Sluse esialgu järeldusele, et süsteemil oli neli tähetaolist (läätsega kvaasari kujutised) ja üks haju (läätsega galaktika) komponent.
Komponentide väga väikese eraldatuse, ühe kaaresekundi pikkuse või väiksema eraldatuse ja maapealse atmosfääri turbulentsist põhjustatud vältimatu „hägususe” efekti („nägemise”) tõttu kasutasid astronoomid keerukamat kujutise teravdamise tarkvara kõrgema tulemuse saamiseks - lahutuspildid, millel saaks seejärel teha täpsed heleduse ja asukoha mõõtmised (vt ka ESO PR 09/97). See niinimetatud dekonvolutsioonitehnika võimaldab seda keerulist süsteemi palju paremini visualiseerida ning eelkõige kinnitada ja nähtavamaks muuta sellega seotud Einsteini rõngas, vrd. PR Foto 20a / 03.
Allika ja läätse identifitseerimine
Seejärel kasutas astronoomide meeskond [1] La Silla ESO 3,5-m uue tehnoloogia teleskoopi (NTT), et saada selle läätsesüsteemi üksikute pildikomponentide spektreid. See on hädavajalik, kuna nagu inimeste sõrmejäljed, võimaldavad spektrid vaadeldavaid objekte ühemõtteliselt tuvastada.
Sellegipoolest pole see lihtne ülesanne, kuna kosmilise miraaži erinevad kujutised asuvad taevas üksteise lähedal ja puhaste ning hästi eraldatud spektrite saamiseks on vaja parimaid tingimusi. NTT suurepärane optiline kvaliteet koos mõistlikult heade nägemistingimustega (umbes 0,7 kaaresekundit) võimaldasid astronoomidel tuvastada nii allika kui ka objektiivina toimiva objekti spektraalseid sõrmejälgi, vrd. ESO PR Foto 20b / 03.
Spektrite hindamine näitas, et taustaallikas on kvaasar, mille punanihk on z = 0,66 [3], mis vastab umbes 6300 miljoni valgusaasta kaugusele. Sellelt kvaasarilt tulevat valgust hajutab massiivne elliptiline galaktika punanihkega z = 0,3, s.o 3500 miljoni valgusaasta kaugusel ehk umbes poolel teel kvasari ja meie vahel. See on lähim teadaolev gravitatsiooniläätsega kvaasar.
Objektiivi spetsiifilise geomeetria ja läätsega galaktika asendi tõttu on võimalik näidata, et ka laiendatud galaktikast pärit valgus, milles kvasar asub, peaks olema läätsedega ja muutuma rõngakujulise pildina nähtavaks. Seda tõepoolest tõestab PR Photo 20a / 03, mis näitab selgelt sellise "Einsteini rõnga" olemasolu, mis ümbritseb lähemal asuvat läätsega galaktikat.
Mikroobjektiiv makroobjektiivides?
Selles süsteemis täheldatud üksikute läätsega piltide konkreetne konfiguratsioon on võimaldanud astronoomidel koostada süsteemi üksikasjaliku mudeli. Selle põhjal saavad nad seejärel ennustada erinevate objektiiviga piltide suhtelist heledust.
Mõnevõrra ootamatult leidsid nad, et kvaasari kolme eredama tähekujulise pildi prognoositavad heledused ei ole vaadeldavaga kooskõlas - üks neist osutub oodatust heledamaks (st teguriks 2,5) heledamaks . See ennustus ei sea kahtluse alla üldist relatiivsust, vaid viitab sellele, et selles süsteemis on veel üks efekt.
Meeskonna esitatud hüpotees seisneb selles, et ühte pilti käsitletakse mikrotasandil. See efekt on samasuguse olemusega kui kosmiline miraaž - moodustatakse objekti mitu võimendatud pilti -, kuid sel juhul põhjustab läätsega galaktikas üks täht (või mitu tähte) täiendavat valguskiire läbipainet. Tulemuseks on, et ühes makroobjektiiviga kujutises on kvaasari lisapilte (lahendamata).
Tulemuseks on selle konkreetse pildi "ülevõimendamine". Seda, kas see tõesti nii on, kontrollitakse varsti selle gravitatsiooniläätsede süsteemi uute vaatluste abil ESO väga suure teleskoobiga (VLT) Paranalis (Tšiili) ja ka väga suure massiivi (VLA) raadiovaatluskeskusega New Mexico (USA) ).
Väljavaade
Siiani on avastatud 62 mitme kujutisega kvasaari, enamikul juhtudel näidates 2 või 4 sama kvasari pilti. Kvasari piklike kujutiste ja eriti rõngakujuliste kujutiste olemasolu täheldatakse sageli raadiolainepikkustel. See on optilises valdkonnas siiski haruldane nähtus - seni on optiliste / infrapuna-teleskoopide abil kujutatud ainult nelja sellist süsteemi.
Nüüd avastatud keeruline ja suhteliselt helge süsteem RXS J1131-1231 on ainulaadne astrofüüsikaline labor. Selle haruldased omadused (nt heledus, rõngakujuline pilt, väike punanihke, röntgen- ja raadiokiirgus, nähtav lääts jne) võimaldavad astronoomidel uurida läätsega galaktika omadusi, sealhulgas selle tähesisaldust, struktuuri ja massijaotuse üksikasjalikult ning allika morfoloogiat. Nendes uuringutes kasutatakse uusi vaatlusi, mida praegu saadakse VLT-st Paranalis, VLA raadiointerferomeetriga New Mexico ja Hubble'i kosmoseteleskoobiga.
Rohkem informatsiooni
Käesolevas pressiteates kirjeldatud uurimistöö on esitatud kirjas toimetajale, mis ilmub peagi Euroopa erialaajakirjas Astronomy & Astrophysics (“Neljakordselt kujutisega kvaasar optilise Einsteini rõngakandidaadiga: 1RXS J113155.4-123155”, autor Dominique Sluse jt).
Lisateavet gravitatsioonilise läätse ja selle uurimisrühma kohta leiate ka aadressilt URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Märkused
[1]: meeskonda kuuluvad Dominique Sluse, Damien Hutsemker ja Thodori Nakos (ESO ja Institut d'Astrophysique et de Gofysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens. , Friedrich Courbin, Christophe Jean ja Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) ja Sergiy Khmil (Shevchentko ülikooli astronoomiline vaatluskeskus).
[2]: Kvasaarid on eriti aktiivsed galaktikad, mille keskmed kiirgavad uhketes kogustes energiat ja energeetilisi osakesi. Arvatakse, et nende keskel on tohutu must auk ja energia toodetakse siis, kui ümbritsev aine sellesse musta auku kukub. Seda tüüpi objekti avastas esmakordselt 1963. aastal Hollandi-Ameerika astronoom Maarten Schmidt Palomari observatooriumis (USA, California) ja nimi viitab nende "tähekujulisele" väljanägemisele sel ajal saadud piltidel.
[3]: Astronoomias tähistab “punane nihe” murdosa, mille võrra objekti spektris olevad jooned nihkub pikemate lainepikkuste poole. Kuna kosmoloogilise objekti punane nihe suureneb kaugusega, annab kauge galaktika täheldatud punane nihe ka selle kauguse.
Algne allikas: ESO pressiteade
