Dokładnie zmierz wagę kwazara galaktyki

Newswise – zespół naukowców z EPFL znalazł sposób na wykorzystanie zjawiska silnego soczewkowania grawitacyjnego do dokładnego określenia – około 3 razy dokładniej niż jakakolwiek inna technika – masy galaktyki zawierającej kwazar, a także jej ewolucji w kosmosie czas. Znajomość masy galaktyk macierzystych kwazarów zapewnia wgląd w ewolucję galaktyk we wczesnym Wszechświecie, co pozwala na tworzenie scenariuszy powstawania galaktyk i ewolucji czarnych dziur. Wyniki publikowane są w astronomia naturalna.

„Bezprecedensowa dokładność i precyzja osiągnięta dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu zapewnia nowe sposoby uzyskiwania solidnych szacunków masy w odległym wszechświecie, gdzie tradycyjnym technikom brakuje precyzji i są podatne na błędy systemowe” – mówi astrofizyk EPFL, Frédéric Courbin, główny autor badania.

wyjaśnia Martin Mellon, główny autor badania, który obecnie pracuje na Uniwersytecie Stanforda w ramach grantu SNF.

Połącz soczewkowanie grawitacyjne i kwazary

Kwazar jest świetlistą manifestacją supermasywnej czarnej dziury gromadzącej wokół siebie materię, znajdującej się w centrum swojej galaktyki macierzystej. Na ogół trudno jest zmierzyć, jak ciężka jest galaktyka macierzysta kwazara, ponieważ kwazary są bardzo odległymi obiektami, a także dlatego, że są tak jasne, że przyćmiewają wszystko, co znajduje się w ich pobliżu.

Soczewkowanie grawitacyjne pozwala nam obliczyć masę obiektu soczewki. Dzięki teorii grawitacji Einsteina wiemy, jak masywne obiekty na pierwszym planie nocnego nieba – soczewkowanie grawitacyjne – mogą zakrzywiać światło pochodzące od obiektów w tle. Powoduje to dziwne pierścienie światła, które w rzeczywistości są zniekształceniem światła obiektu w tle przez soczewkowanie grawitacyjne.

Corbin jechał rowerem do Obserwatorium Sauverny ponad dziesięć lat temu, kiedy zdał sobie sprawę, że może połączyć kwazary z soczewkowaniem grawitacyjnym – aby zmierzyć masę galaktyki macierzystej kwazara. W tym celu musiał znaleźć kwazar w galaktyce, który działałby również jako soczewka grawitacyjna.

Do tej pory zaobserwowano tylko kilka kwazarów soczewkujących grawitacyjnie

Baza danych Sloan Digital Sky Survey (SDSS) była doskonałym miejscem do poszukiwania potencjalnych kwazarów soczewkujących grawitacyjnie, ale aby mieć pewność, Corbin musiał zobaczyć pierścienie soczewkujące. W 2010 roku on i jego koledzy wyznaczyli czas za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a na obserwację 4 kandydatów, z których 3 pokazały soczewkę. Z tych trzech jeden wyróżniał się charakterystycznymi pierścieniami soczewkowania grawitacyjnego: SDSS J0919+2720.

the Obraz HST SDSS J0919+2720 Pokazuje dwa jasne obiekty na pierwszym planie, z których każdy działa jak soczewka grawitacyjna, „być może dwie galaktyki w trakcie łączenia” – wyjaśnia Corbin. Obiekt po lewej to jasny kwazar, znajdujący się wewnątrz galaktyki macierzystej, zbyt ciemnej, by ją zauważyć. Jasny obiekt po prawej to inna galaktyka, główna soczewka grawitacyjna. Słaby obiekt po lewej stronie to galaktyka towarzysząca. Przedstawione pierścienie to zniekształcone światło pochodzące z galaktyki tła.

Na ratunek komputerowe modelowanie soczewek

Dzięki dokładnej analizie soczewkowanych grawitacyjnie pierścieni w SDSS J0919+2720 możliwe jest określenie masy dwóch jasnych obiektów… w zasadzie. Rozdzielenie mas różnych obiektów byłoby niemożliwe bez niedawnego opracowania techniki modelowania soczewek falowych przez współautora Aymerica Galana, obecnie na Uniwersytecie Technicznym w Monachium (TUM), również ze stypendium SNF.

„Jednym z największych wyzwań astrofizyki jest zrozumienie, w jaki sposób powstaje supermasywna czarna dziura” – wyjaśnia Galan. „Znajomość jego masy, tego, jak porównuje się ją do galaktyki macierzystej i tego, jak ewoluowała przez kosmiczne epoki, pozwala nam odrzucić lub potwierdzić niektóre teorie powstawania”.

„We wszechświecie lokalnym zauważyliśmy, że masywniejsze galaktyki również zawierają supermasywne czarne dziury w swoich centrach. Może to wskazywać, że wzrost galaktyk jest regulowany przez ilość energii wypromieniowanej przez centralną czarną dziurę i wstrzykniętej do galaktyki. Jednakże, aby przetestować tę teorię, nadal musimy badać te interakcje nie tylko lokalnie, ale także w odległym wszechświecie” – wyjaśnia Mellon.

Zjawiska odwrócenia grawitacyjnego są bardzo rzadkie, a tylko jedna galaktyka na tysiąc doświadcza tego zjawiska. Ponieważ kwazary są widoczne w jednej na tysiąc galaktyk, kwazar działający jak soczewka zdarza się raz na milion. Naukowcy spodziewają się odkryć setki tych soczewkujących kwazarów za pomocą Europejskiej Agencji Kosmicznej i misji Euclid NASA, która zostanie wystrzelona tego lata przez rakietę SpaceX Falcon-9.