Einstein ringgravitationslinse: SDSS J163028.15 + 452036.2. Billedkredit: Hubble. Klik for at forstørre
Da Albert Einstein udviklede sin teori om generel relativitet for næsten et århundrede siden, foreslog han, at gravitationsfeltet fra massive genstande dramatisk kunne fordreje rummet og aflede lys.
Den optiske illusion skabt af denne effekt kaldes gravitationslinsering. Det er naturens ækvivalent med at have en kæmpe forstørrelseslinse i rummet, der forvrænger og forstærker lyset fra mere fjerne objekter. Einstein beskrev gravitationslinsering i et papir, der blev offentliggjort i 1936. Men han mente, at effekten var uobserverbar, fordi de optiske forvrængninger, der blev produceret af forgrundsstjernerne, der snek sig, ville være for små til nogensinde at kunne måles af de største teleskoper i hans tid.
Nu, næsten et århundrede senere, har astronomer kombineret to kraftfulde astronomiske aktiver, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og NASAs Hubble-rumteleskop for at identificere 19 nye ”gravitationslystne linser” -galakser, hvilket bidrager væsentligt til de ca. 100 gravitationslinser, der tidligere var kendt. Blandt disse 19 har de fundet otte nye såkaldte “Einsteinringe”, som måske er den mest elegante manifestation af linsefænomenet. Kun tre sådanne ringe var tidligere set i synligt lys.
Ved gravitationslinsering kan lys fra fjerne galakser afbøjes på vej til Jorden ved hjælp af tyngdefeltet til ethvert massivt objekt, der ligger i vejen. På grund af dette ser vi galaksen forvrænget til en bue eller flere separate billeder. Når begge galakser er præcist indrettet, danner lyset et tyr-øje-mønster, kaldet en Einstein-ring, omkring forgrundsgalaksen.
De nyligt opdagede linser kommer fra et igangværende projekt kaldet Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Et team af astronomer, ledet af Adam Bolton fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Og Leon Koopmans fra Kapteyn Astronomical Institute i Holland, valgte kandidatlinserne blandt flere hundrede tusinde optiske spektre af elliptiske galakser i Sloan Digital Sky Survey. De brugte derefter de skarpe øjne på Hubbles avancerede kamera til undersøgelser for at bekræfte.
”Den massive omfang af SDSS sammen med billedkvaliteten af Hubble-teleskopet har åbnet denne hidtil uset mulighed for opdagelse af nye gravitationslinser,” forklarede Bolton. "Det er lykkedes os at identificere den ud af hver 1.000 galakser, der viser disse tegn på gravitationslinsering af en anden galakse."
SLACS-teamet scannede spektraerne i cirka 200.000 galakser 2 til 4 milliarder lysår væk. Holdet ledte efter tydelige bevis for emission fra galakser dobbelt så langt fra Jorden og direkte bag de tættere galakser. De brugte derefter Hubbles avancerede kamera til undersøgelser til at knipse billeder af 28 af disse kandidatlinsegalakser. Ved at studere buer og ringe produceret af 19 af disse kandidater, kan astronomerne præcist måle massen af forgrundsgalakserne.
Udover at producere ulige former giver gravitationslinsering astronomer den mest direkte sonde til distribution af mørkt stof i elliptiske galakser. Mørk stof er en usynlig og eksotisk form for stof, der endnu ikke er blevet observeret direkte. Astronomer udlede sin eksistens ved at måle dens gravitationsindflydelse. Mørkt stof er gennemgribende inden for galakser og udgør det meste af universets samlede masse. Ved at søge efter mørkt stof i galakser håber astronomer at få indblik i galaksdannelse, som måske er startet omkring klumpede koncentrationer af mørkt stof i det tidlige univers.
”Vores resultater indikerer, at disse‘ elliptiske linsegalakser i gennemsnit har den samme specielle massetæthedsstruktur som observeret i spiralgalakser, ”fortsatte Bolton. ”Dette svarer til en stigning i andelen af mørkt stof i forhold til stjerner, når man bevæger sig væk fra midten af linsegalaksen og ind i dens svagere udkant. Og da disse linsegelakser er relativt lyse, kan vi størkne dette resultat med yderligere jordbaserede spektroskopiske observationer af stjernernes bevægelser i linserne. ”
”At være i stand til at studere disse og andre gravitationslinser så langt tilbage i tiden som flere milliarder år giver os mulighed for at se direkte, om fordelingen af mørke [usynlige] og synlige masse ændrer sig med den kosmiske tid,” tilføjede Dr. Koopmans. "Med disse oplysninger kan vi teste den almindeligt holdte idé om, at galakser dannes ved kollision og fusioner af mindre galakser."
Sloan Digital Sky Survey, hvorfra SLACS-objektivkandidatprøven blev valgt, blev startet i 1998 med et specialbygget, jordbaseret teleskop for at måle farver og lysstyrke på mere end 100 millioner genstande over en fjerdedel af himlen og kortet afstandene til en million galakser og kvasarer. ”Denne type gravitationsobjektivundersøgelse var ikke et oprindeligt mål for SDSS, men blev muliggjort af den fremragende kvalitet af SDSS-data,” sagde Scott Burles fra Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, Mass., Et SLACS-teammedlem og en af skaberne af SDSS.
”En ekstra bonus i størrelsen på SDSS-databasen er, at vi kan designe vores søgekriterier for at finde de linser, der er bedst egnede til specifikke videnskabsmål,” sagde SLACS-teammedlem Tommaso Treu fra University of California, Santa Barbara . ”Mens vi hidtil har valgt de største galakser som vores mål, i de næste faser af undersøgelsen er vi målrettet mod mindre linsegalakser. Der har været forslag om, at galaksenes struktur ændrer sig med galakstørrelsen. Ved at identificere disse sjældne genstande 'on demand' vil vi snart kunne prøve for første gang, om dette er sandt. ”
Tilføjet SLACS-teammedlem Leonidas Moustakas fra NASA Jet Propulsion Laboratory og California Institute of Technology i Pasadena, Californien: “Disse Einstein-ringe giver også en uovertruffen forstørret visning af de linsede galakser, så vi kan studere stjernerne og dannelseshistorierne for disse fjerne galakser. ”
SLACS-undersøgelsen fortsætter, og indtil videre har teamet brugt Hubble til at studere næsten 50 af deres kandidatlinsegalakser. Det forventede samlede antal forventes at være mere end 100, med mange flere nye linser blandt dem. De første undersøgelser af undersøgelsen vises i februar 2006-udgaven af Astrophysical Journal og i to andre papirer, der er blevet forelagt denne journal.
Originalkilde: Hubblesite News Release
