Billedkredit: Hubble
Mange kendte eksempler er, hvor en galakse fungerer som en gravitationslinse, der producerer flere billeder på himlen på et mere fjernt objekt som en lys kvasar, der er skjult bag den. Men der har været et vedvarende mysterium i over 20 år: Einsteins generelle relativitetsteori forudsiger, at der skulle være et ulige antal billeder, men alligevel har næsten alle observerede linser kun 2 eller 4 kendte billeder. Nu har astronom Joshua Winn fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og to tidligere CfA-kolleger, David Rusin (nu ved University of Pennsylvania) og Christopher Kochanek (Ohio State University) identificeret et tredje, centralt billede af en linset quasar. Radioobservationer af systemet kendt som PMN J1632-0033 i stjernebilledet Ophiuchus afslørede et svagt centralt billede, som kan bruges til at undersøge egenskaberne ved linsegalaksen og det supermassive sorte hul, der forventes at ligge i centrum.
”At finde dette centrale billede er interessant i sig selv, men er endnu vigtigere for, hvad det kan fortælle os om linsegalaksen. Dette giver os et nyt værktøj til at studere galakser så langt væk, at selv til Hubble-rumteleskopet er de bare svage pletter, ”sagde Winn.
Kvasarer er ekstremt fjerne og lyse genstande, der menes at være drevet af supermassive sorte huller. De lyser skarpt ved at konvertere den tyngdeenergi af stof, der falder ned i det sorte hul, til lys og andre typer stråling, såsom radiobølger.
Ved gravitationslinsering bøjes lysstråler fra en kvasar, der passerer tæt på en galakse, af galaksens gravitationsfelt, ligesom de ville blive bøjet, når de passerer gennem en glaslinse. Jo tettere midten af en galakse, og jo stærkere dens tyngdekraft, desto svagere bliver det centrale billede. Alligevel kan dette centrale billede, hvis lys er gået tættest på midten af linsegalaksen, fortælle os meget om den galakse kerne. Denne mulighed gør det at finde sådanne centrale billeder særlig ønskværdigt.
I systemet PMN J1632-0033 linses en radiohøj kvasar ved rødskift z = 3,42 (en afstand på ca. 11,5 milliarder lysår) af en elliptisk galakse ved rødskift z ~ 1 (ca. 8 milliarder lysår væk) . Det var kendt, at to billeder af kvasaren eksisterede, og en tredje, meget svag radiokilde blev mistænkt for at være det centrale billede. Den tredje kilde var imidlertid lige oven på linsegalaksen, og det kunne måske have været iboende for selve linsegalaksen.
Ved at observere radio “farve” eller spektrum af alle tre billeder ved hjælp af National Science Foundation's Very Large Array og Very Long Baseline Array leverede Winn og hans kolleger overbevisende bevis for, at den tredje kilde faktisk er kvasarens centrale image. Dets spektrum er i det væsentlige identisk med de to andre billeder, undtagen ved lave frekvenser, hvor noget af radioenergien blev optaget af linsegalaksen.
Geometrien og egenskaberne ved kvasarens tre billeder fortæller os allerede om kernen i linsegalaksen. For eksempel vejer det centrale sorte hul mindre end 200 millioner solmasser. Desuden er dens overfladetæthed (mængde af stof som projiceret mod himmelplanet) på det centrale billeds placering mere end 20.000 solmasser pr. (Til sammenligning er overfladetætheden for Mælkevejen nær vores sol ca. 50 solmasser pr. Kvadratisk parsec.) Begge tal for linsegalaksen stemmer overens med forventningerne, der er baseret på detaljerede observationer af galakser hundreder af gange tættere på Jorden.
”Næsten al vores viden om galaksecentre stammer fra at studere meget nærliggende galakser. Det bemærkelsesværdige ved centrale billeder er, at du kan få lignende oplysninger om kerne i galakser hundreder af gange længere væk, og milliarder af år yngre end vores nærliggende galakser, ”sagde Winn.
Denne forskning er tilgængelig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 og vil blive offentliggjort i udgaven den 12. februar 2004 af tidsskriftet Nature.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics er et fælles samarbejde mellem Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, der er organiseret i seks forskningsafdelinger, studerer universets oprindelse, udvikling og ultimative skæbne.
Original kilde: Harvard CfA News Release
