Гравитационна леща на Айнщайн: SDSS J163028.15 + 452036.2. Кредит за изображение: Хъбъл. Щракнете за уголемяване
Докато Алберт Айнщайн разработи теорията си за обща относителност преди близо век, той предложи гравитационното поле от масивни обекти да драматично да изкриви пространството и да отклони светлината.
Оптичната илюзия, създадена от този ефект, се нарича гравитационно лещиране. Това е еквивалент на природата на наличието на гигантска лупа в пространството, която изкривява и усилва светлината на по-далечни обекти. Айнщайн описва гравитационните лещи в публикация, публикувана през 1936 г. Но той смята, че ефектът е незабележим, тъй като оптичните изкривявания, произведени от космически звезди на преден план, ще бъдат твърде малки, за да бъдат измерими от най-големите телескопи на неговото време.
Сега, почти век по-късно, астрономите са комбинирали две мощни астрономически активи, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и космическият телескоп Хъбъл на НАСА, за да идентифицират 19 нови галактики с „гравитационно наеми“, добавяйки значително към около 100-те гравитационни лещи, известни досега. Сред тези 19 те са намерили осем нови така наречени „Айнщайн пръстени“, които са може би най-елегантното проявление на феномена на обектива. Само три такива пръстена по-рано са били виждани на видима светлина.
При гравитационните лещи светлината от далечни галактики може да бъде отклонена по пътя си към Земята от гравитационното поле на всеки масивен обект, който лежи на пътя. Поради това виждаме галактиката изкривена в дъга или множество отделни изображения. Когато и двете галактики са точно подредени, светлината образува образа на биковите очи, наречен Айнщайн пръстен, около галактиката на преден план.
Новооткритите лещи идват от текущ проект, наречен Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Екип от астрономи, воден от Адам Болтън от Харвард-Смитсонианския център за астрофизика в Кеймбридж, Масачузетс, и Леон Коопманс от Астрономическия институт Каптейн в Холандия, избраха кандидат-лещите от няколкостотин хиляди оптични спектъра на елиптични галактики в Проучването на Sloan Digital Sky. След това използваха острите очи на разширената камера на Хъбъл за проучвания, за да направят потвърждението.
„Мащабният мащаб на SDSS, заедно с качеството на изображенията на телескопа Хъбъл, отвори тази безпрецедентна възможност за откриване на нови гравитационни лещи“, обясни Болтън. „Успяхме да идентифицираме тази на всеки 1000 галактики, които показват тези признаци на гравитационно обективиране на друга галактика.“
Екипът на SLACS сканира спектрите на приблизително 200 000 галактики от 2 до 4 милиарда светлинни години. Екипът търсеше ясни доказателства за излъчване от галактики два пъти по-далеч от Земята и непосредствено зад по-близките галактики. След това използваха разширената камера на Хъбъл за проучвания, за да заснемат изображения на 28 от тези кандидат-обективни галактики. Изучавайки дъгите и пръстените, произведени от 19 от тези кандидати, астрономите могат точно да измерят масата на галактиките на преден план.
Освен че създава странни форми, гравитационното лещиране дава на астрономите най-пряката сонда за разпределението на тъмната материя в елиптичните галактики. Тъмната материя е невидима и екзотична форма на материята, която все още не е директно наблюдавана. Астрономите заключават за съществуването му чрез измерване на гравитационното му влияние. Тъмната материя е широко разпространена в галактиките и представлява по-голямата част от общата маса на Вселената. Търсейки тъмна материя в галактики, астрономите се надяват да получат представа за образуването на галактики, което трябва да е започнало около бучки концентрации на тъмна материя в ранната Вселена.
„Нашите резултати показват, че средно тези„ елиптични лещи за галактика “имат същата специална структура на плътност като тази, наблюдавана в спиралните галактики“, продължи Болтън. „Това съответства на увеличение на дела на тъмната материя спрямо звездите, когато човек се отдалечава от центъра на галактиката на лещите и към по-слабите й покрайнини. И тъй като тези лещи гелаксии са сравнително ярки, можем да втвърдим този резултат с допълнителни наземни спектроскопични наблюдения на звездното движение в лещите. "
„Възможността да изучаваме тези и други гравитационни лещи далеч назад във времето от няколко милиарда години ни позволява директно да видим дали разпределението на тъмната [невидима] и видимата маса се променя с космическото време“, добави д-р Коопманс. "С тази информация можем да тестваме често срещаната идея, че галактиките се образуват от сблъсък и сливания на по-малки галактики."
Проучването на Sloan Digital Sky, от което беше избрана извадката за кандидат за леща на SLACS, беше започнато през 1998 г. с изграден по поръчка наземен телескоп за измерване на цветовете и яркостите на повече от 100 милиона обекта върху една четвърт от небето и карта разстоянията до милион галактики и квазари. „Този вид изследване на гравитационните лещи не беше първоначална цел на SDSS, но беше възможно благодарение на отличното качество на данните SDSS“, казва Скот Бърлс от Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж, Масачузетс, член на екипа на SLACS и един от създателите на SDSS.
„Допълнителен бонус от големия размер на базата данни SDSS е, че можем да проектираме критериите си за търсене така, че да намерим лещите, които са най-подходящи за конкретни научни цели“, заяви членът на екипа на SLACS Томазо Треу от Калифорнийския университет, Санта Барбара , „Докато досега сме избрали най-големите галактики като свои цели, в следващите етапи на проучването се насочваме към по-малки галактики на лещите. Има предположения, че структурата на галактиките се променя с размера на галактиката. Чрез идентифицирането на тези редки предмети „при поискване“ скоро ще можем за първи път да тестваме дали това е вярно. “
Добавен член на екипа на SLACS Леонидас Мустакас от Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА и Калифорнийския технологичен институт в Пасадена, Калифорния: „Тези пръстени на Айнщайн също дават ненадминат увеличен изглед на обективните галактики, което ни позволява да изучаваме звездите и историята на образуването на тези далечни галактики. "
Проучването на SLACS продължава и досега екипът е използвал Хъбъл, за да проучи почти 50 от техните кандидат-обективни галактики. Очаква се евентуалният общ брой да бъде над 100, като много повече нови лещи са сред тях. Първоначалните констатации от проучването ще се появят в броя на февруари 2006 г. на Astrophysical Journal и в други два документа, които са представени в това списание.
Оригинален източник: Hubblesite News Release
