Bildnachweis: ESO
Astronomen des Europäischen Südobservatoriums haben eine sehr seltene Gravitationslinse mit dem Einsteinring gefunden, bei der das Licht eines entfernten Quasars durch die Schwerkraft einer näheren Galaxie verzerrt und vergrößert wird. Die beiden Objekte sind so eng aufeinander abgestimmt, dass das Bild des Quasars von unserem Standpunkt hier auf der Erde aus einen Ring um die Galaxie bildet. Mit sorgfältigen Messungen konnte das Team feststellen, dass der Quasar 6,3 Milliarden Lichtjahre entfernt ist und die Galaxie nur 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist. Damit ist sie die nächste jemals entdeckte Gravitationslinse.
Mit dem 3,6-m-ESO-Teleskop in La Silla (Chile) hat ein internationales Team von Astronomen [1] eine komplexe kosmische Fata Morgana im südlichen Sternbild Krater (The Cup) entdeckt. Dieses "Gravitationslinsen" -System besteht aus (mindestens) vier Bildern desselben Quasars sowie einem ringförmigen Bild der Galaxie, in der sich der Quasar befindet - bekannt als "Einsteinring". Die nahegelegene Linsengalaxie, die diese faszinierende optische Täuschung verursacht, ist ebenfalls gut sichtbar.
Das Team erhielt Spektren dieser Objekte mit der neuen EMMI-Kamera, die am ESO 3,5-m-New-Technology-Teleskop (NTT), ebenfalls am La Silla-Observatorium, montiert war. Sie stellen fest, dass sich der Linsenquasar [2] in einer Entfernung von 6.300 Millionen Lichtjahren befindet (seine „Rotverschiebung“ beträgt z = 0,66 [3]), während sich die elliptische Linsengalaxie auf halber Strecke zwischen dem Quasar und uns befindet von 3.500 Millionen Lichtjahren (z = 0,3).
Das System wurde als RXS J1131-1231 bezeichnet - es ist der nächste Quasar mit Gravitationslinsen, der bisher entdeckt wurde.
Kosmische Trugbilder
Das physikalische Prinzip hinter einer "Gravitationslinse" (auch als "kosmische Fata Morgana" bekannt) ist seit 1916 als Folge von Albert Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie bekannt. Das Gravitationsfeld eines massiven Objekts krümmt die lokale Geometrie des Universums, sodass Lichtstrahlen, die in der Nähe des Objekts verlaufen, gebogen werden (wie eine „gerade Linie“ auf der Erdoberfläche ist sie aufgrund der Krümmung der Erdoberfläche notwendigerweise gekrümmt). .
Dieser Effekt wurde erstmals 1919 von Astronomen während einer totalen Sonnenfinsternis beobachtet. Genaue Positionsmessungen von Sternen am dunklen Himmel in der Nähe der verdunkelten Sonne zeigten eine scheinbare Verschiebung in die der Sonne entgegengesetzte Richtung, ungefähr so viel wie von Einsteins Theorie vorhergesagt. Der Effekt beruht auf der Anziehungskraft der Sternphotonen, wenn sie auf ihrem Weg zu uns in der Nähe der Sonne vorbeiziehen. Dies war eine direkte Bestätigung eines völlig neuen Phänomens und ein Meilenstein in der Physik.
In den 1930er Jahren erkannte der Astronom Fritz Zwicky (1898 - 1974) mit Schweizer Staatsangehörigkeit, der am Mount Wilson Observatory in Kalifornien arbeitete, dass der gleiche Effekt auch weit draußen im Weltraum auftreten kann, wo Galaxien und große Galaxienhaufen ausreichend kompakt und massiv sein können das Licht von noch weiter entfernten Objekten zu biegen. Es war jedoch nur fünf Jahrzehnte später, 1979, als seine Ideen beobachtend bestätigt wurden, als das erste Beispiel einer kosmischen Fata Morgana entdeckt wurde (als zwei Bilder desselben entfernten Quasars).
Kosmische Trugbilder werden im Allgemeinen als mehrere Bilder eines einzelnen Quasars [2] gesehen, die von einer Galaxie zwischen dem Quasar und uns erfasst werden. Die Anzahl und Form der Bilder des Quasars hängt von den relativen Positionen des Quasars, der Linsengalaxie und uns ab. Wenn die Ausrichtung perfekt wäre, würden wir außerdem ein ringförmiges Bild um das Linsenobjekt sehen. Solche „Einsteinringe“ sind jedoch sehr selten und wurden nur in sehr wenigen Fällen beobachtet.
Ein weiteres besonderes Interesse des Gravitationslinseneffekts besteht darin, dass er nicht nur zu Doppel- oder Mehrfachbildern desselben Objekts führen kann, sondern auch dazu, dass die Helligkeit dieser Bilder erheblich zunimmt, wie dies bei einer gewöhnlichen optischen Linse der Fall ist. Entfernte Galaxien und Galaxienhaufen können dabei als „natürliche Teleskope“ fungieren, die es uns ermöglichen, weiter entfernte Objekte zu beobachten, die sonst zu schwach gewesen wären, um mit derzeit verfügbaren astronomischen Teleskopen erkannt zu werden.
Bildschärfungstechniken lösen das kosmische Trugbild besser auf
Eine neue Gravitationslinse mit der Bezeichnung RXS J1131-1231 wurde im Mai 2002 von Dominique Sluse, damals Doktorandin an der ESO in Chile, zufällig entdeckt, als sie Quasarbilder untersuchte, die mit dem 3,6-m-ESO-Teleskop am La Silla-Observatorium aufgenommen wurden. Die Entdeckung dieses Systems profitierte von den guten Beobachtungsbedingungen, die zum Zeitpunkt der Beobachtungen herrschten. Aus einer einfachen visuellen Untersuchung dieser Bilder schloss Sluse vorläufig, dass das System vier sternförmige (die Linsenquasarbilder) und eine diffuse (die Linsengalaxie) Komponente aufwies.
Aufgrund des sehr geringen Abstands zwischen den Komponenten in der Größenordnung von einer Bogensekunde oder weniger und des unvermeidbaren „Unschärfeeffekts“, der durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre („Sehen“) verursacht wird, verwendeten die Astronomen eine hochentwickelte Bildschärfungssoftware, um höhere Werte zu erzielen -Auflösungsbilder, an denen dann präzise Helligkeits- und Positionsmessungen durchgeführt werden konnten (siehe auch ESO PR 09/97). Diese sogenannte „Entfaltungstechnik“ ermöglicht es, dieses komplexe System viel besser zu visualisieren und insbesondere den damit verbundenen Einsteinring zu bestätigen und auffälliger zu machen, vgl. PR Foto 20a / 03.
Identifizierung der Quelle und der Linse
Das Astronomenteam [1] verwendete dann das 3,5-m-New-Technology-Teleskop (NTT) von ESO in La Silla, um Spektren der einzelnen Bildkomponenten dieses Linsensystems zu erhalten. Dies ist unabdingbar, da die Spektren wie menschliche Fingerabdrücke eine eindeutige Identifizierung der beobachteten Objekte ermöglichen.
Dies ist jedoch keine leichte Aufgabe, da sich die verschiedenen Bilder der kosmischen Fata Morgana sehr nahe am Himmel befinden und die bestmöglichen Bedingungen erforderlich sind, um saubere und gut getrennte Spektren zu erhalten. Die ausgezeichnete optische Qualität des NTT in Kombination mit relativ guten Sichtbedingungen (etwa 0,7 Bogensekunden) ermöglichte es den Astronomen jedoch, die "spektralen Fingerabdrücke" sowohl der Quelle als auch des als Linse wirkenden Objekts zu erfassen, vgl. ESO PR Foto 20b / 03.
Die Auswertung der Spektren ergab, dass die Hintergrundquelle ein Quasar mit einer Rotverschiebung von z = 0,66 ist [3], was einer Entfernung von etwa 6.300 Millionen Lichtjahren entspricht. Das Licht von diesem Quasar wird von einer massiven elliptischen Galaxie mit einer Rotverschiebung von z = 0,3, d. H. In einer Entfernung von 3.500 Millionen Lichtjahren oder etwa auf halber Strecke zwischen dem Quasar und uns, begrenzt. Es ist der nächste bisher bekannte Quasar mit Gravitationslinsen.
Aufgrund der spezifischen Geometrie der Linse und der Position der Linsengalaxie kann gezeigt werden, dass das Licht der erweiterten Galaxie, in der sich der Quasar befindet, ebenfalls linsenförmig sein und als ringförmiges Bild sichtbar werden sollte. Dass dies tatsächlich der Fall ist, zeigt PR Photo 20a / 03, das das Vorhandensein eines solchen „Einsteinrings“ deutlich zeigt, der das Bild der näheren Linsengalaxie umgibt.
Mikrolinsen innerhalb von Makrolinsen?
Die besondere Konfiguration der in diesem System beobachteten einzelnen Linsenbilder hat es den Astronomen ermöglicht, ein detailliertes Modell des Systems zu erstellen. Daraus können sie dann Vorhersagen über die relative Helligkeit der verschiedenen Linsenbilder treffen.
Etwas unerwartet stellten sie fest, dass die vorhergesagten Helligkeiten der drei hellsten sternförmigen Bilder des Quasars nicht mit den beobachteten übereinstimmen - eines davon ist eine Größenordnung (dh ein Faktor von 2,5) heller als erwartet . Diese Vorhersage stellt die Allgemeine Relativitätstheorie nicht in Frage, legt jedoch nahe, dass in diesem System ein anderer Effekt wirksam ist.
Die vom Team vorgebrachte Hypothese lautet, dass eines der Bilder einer „Mikrolinse“ unterliegt. Dieser Effekt ist von der gleichen Natur wie das kosmische Trugbild - es werden mehrere verstärkte Bilder des Objekts erzeugt -, aber in diesem Fall wird eine zusätzliche Lichtstrahlablenkung durch einen einzelnen Stern (oder mehrere Sterne) innerhalb der Linsengalaxie verursacht. Das Ergebnis ist, dass sich in einem der Bilder mit Makrolinsen zusätzliche (ungelöste) Bilder des Quasars befinden.
Das Ergebnis ist eine „Überverstärkung“ dieses bestimmten Bildes. Ob dies wirklich der Fall ist, wird in Kürze anhand neuer Beobachtungen dieses Gravitationslinsensystems mit dem ESO Very Large Telescope (VLT) in Paranal (Chile) und auch mit dem Very Large Array (VLA) -Radioobservatorium in New Mexico (USA) geprüft ).
Ausblick
Bisher wurden 62 Quasare mit mehreren Bildern entdeckt, die in den meisten Fällen 2 oder 4 Bilder desselben Quasars zeigen. Das Vorhandensein länglicher Bilder des Quasars und insbesondere ringförmiger Bilder wird häufig bei Radiowellenlängen beobachtet. Dies bleibt jedoch ein seltenes Phänomen im optischen Bereich - bisher wurden nur vier solcher Systeme von optischen / Infrarot-Teleskopen abgebildet.
Das jetzt entdeckte komplexe und vergleichsweise helle System RXS J1131-1231 ist ein einzigartiges astrophysikalisches Labor. Seine seltenen Eigenschaften (z. B. Helligkeit, Vorhandensein eines ringförmigen Bildes, kleine Rotverschiebung, Röntgen- und Funkemission, sichtbare Linse usw.) ermöglichen es den Astronomen nun, die Eigenschaften der Linsengalaxie einschließlich ihres Sterngehalts zu untersuchen. Struktur und Massenverteilung im Detail und zur Untersuchung der Quellmorphologie. Diese Studien werden neue Beobachtungen verwenden, die derzeit mit dem VLT in Paranal, mit dem VLA-Funkinterferometer in New Mexico und mit dem Hubble-Weltraumteleskop erhalten werden.
Mehr Informationen
Die in dieser Pressemitteilung beschriebenen Forschungsergebnisse werden in einem Brief an den Herausgeber vorgestellt, der in Kürze in der europäischen Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics („Ein vierfach abgebildeter Quasar mit einem optischen Einstein-Ringkandidaten: 1RXS J113155.4-123155“ von Dominique veröffentlicht wird Sluse et al.).
Weitere Informationen zu Gravitationslinsen und zu dieser Forschungsgruppe finden Sie auch unter der URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Anmerkungen
[1]: Das Team besteht aus Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers und Thodori Nakos (ESO und Institut für Astrrophysik und Universität von Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? D? Ric Courbin, Christophe Jean und Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) und Sergiy Khmil (Astronomisches Observatorium der Universität Shevchentko).
[2]: Quasare sind besonders aktive Galaxien, deren Zentren erstaunliche Mengen an Energie und energetischen Partikeln emittieren. Es wird angenommen, dass sie in ihrem Zentrum ein massives Schwarzes Loch haben und dass die Energie erzeugt wird, wenn umgebende Materie in dieses Schwarze Loch fällt. Diese Art von Objekt wurde erstmals 1963 vom niederländisch-amerikanischen Astronomen Maarten Schmidt am Palomar Observatory (Kalifornien, USA) entdeckt. Der Name bezieht sich auf deren „sternförmiges“ Erscheinungsbild auf den damals erhaltenen Bildern.
[3]: In der Astronomie bezeichnet die „Rotverschiebung“ den Bruchteil, um den die Linien im Spektrum eines Objekts zu längeren Wellenlängen verschoben werden. Da die Rotverschiebung eines kosmologischen Objekts mit der Entfernung zunimmt, liefert die beobachtete Rotverschiebung einer entfernten Galaxie auch eine Schätzung ihrer Entfernung.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
