Odwrotna kosmiczna soczewka umożliwia lepsze poznanie kwazara

Odwrotna kosmiczna soczewka umożliwia lepsze poznanie kwazaraOriginal Press Release
Astronomowie obserwujący niebo za pomocą teleskopów obserwatorium Keck na Hawajach zidentyfikowali pierwszy kwazar działający jako soczewka grawitacyjna wzmacniająca światła leżącej w tle, odległej galaktyki.

Kwazary to cenne narzędzia do badania procesów formowania i ewolucji galaktyk

S. George Djorgovski

Kwazary to nadzwyczajnie jasne i potężne obiekty, które czasem są nawet tysiące razy jaśniejsze od całych galaktyk, takich jak Droga Mleczna. Uważa się, że ich energia pochodzi z supermasywnyych czarnych dziur, leżących w jądrach odległych galaktyk. Ponieważ kwazary są tak jasne, a praktycznie całe światło emitują z centralnego regionu macierzystej galaktyki właśnie te otaczające je galaktyki są obiektami niezwykle trudno dostępnymi do badań.

„To tak jakby patrząc w reflektory samochodu próbować określić kolor ich mocowania „- wyjaśnia Frederic Courbin z Politechniki Federalnej w Lozannie w Szwajcarii (EPFL – Ecole Polytechnique Federale de Lausanne).

Ta nowa „odwrócona” soczewka grawitacyjna pozwala dowiedzieć się więcej na temat galaktyki macierzystej kwazara. Między innymi pozwala na określenie jej masy co jest istotne dla badań wzajemnych relacji galaktyki z jej centralnie położoną supermasywną czarną dziurą.

Według ogólnej teorii względności Einsteina soczewka grawitacyjna powstaje gdy olbrzymia masa – kwazar, duża galaktyka, lub gromada galaktyk – znajdzie się na linii obserwacji bardziej oddalonej galaktyki. Światło podróżujące od odległego obiektu pod wpływem oddziaływania masy soczewki zostaje ugięte a obserwator na Ziemi dostrzega tę interakcję w postacie dwóch lub więcej obrazów powiększonej i wzmocnionej odległej galaktyki. Pierwsza soczewka grawitacyjna została odkryta w 1979 roku – światło odległego kwazara zostało w niej wzmocnione przez leżącą na pierwszym planie galaktykę. Od tego czasu odkryto wiele podobnych soczewek, w których galaktyki działały jak soczewki. Pozwoliło to na wyznaczanie mas owych galaktyk.

Jednak odwrotny przypadek, kwazara soczewkującego bardziej odległą galaktykę, nie był znany – do tej pory. „Byliśmy zachwyceni, gdy ujrzeliśmy że ten pomysł działa „- mówi Georges Meylan, kierujący zespołem z EPFL. -” Odkrycie to ukazuje jak użytecznym narzędziem astrofizycznym pozostaje soczewkowanie grawitacyjne.”

Aby odszukać potencjalnie soczewkujące kwazary zespół astronomów z EPFL i Caltech przeszukał bazę danych widm kwazarów zebraną w ramach cyfrowego przeglądu nieba Sloana (SDSS). Naukowcy wybrali te kwazary których widma były obiecujące, a następnie wykorzystując 10 metrowy teleskop Keck II, kamerę bliskiej podczerwieni NIRC-2 i optykę adaptywną by skorygować turbulencje atmosferyczne wykonali zdjęcia kandydatów. Na obrazach jednego z nich pojawił się zwielokrotniony obraz odległej galaktyki.

Używając teleskopu Keck I i spektrografu LRIS zespół określił odległości do kwazara i galaktyki – ten pierwszy jest oddalony o 1,6 miliarda lat świetlnych, galaktyka zaś – o 7,5 miliarda lat świetlnych. Dodatkowo astronomowi oszacowali że wewnętrzny kiloparsek galaktyki macierzystej kwazara zawiera masę 20 miliardów razy większą od Słońca.

„Kwazary to cenne narzędzia do badania procesów formowania i ewolucji galaktyk „- mówi kierujący zespołem Caltech S. George Djorgovski. -” Odkrycie większej liczby takich systemów pozwoli nam lepie zrozumieć relacje miedzy kwazarami a zawierającymi je galaktykami, oraz ich wspólną ewolucję.”

Cyfrowy przegląd nieba Sloana (SDSS – Sloan Digital Sky Survey) okazał się jednym z najważniejszych projektów astronomicznych. SDSS-III – program obejmujący cztery nowe przeglądy nieba wykorzystujący instrumenty SDSS rozpoczął się w lipcu 2008 roku i zakończy się w 2014 roku. SDSS wykrozystuje 2,5 metrowy teleskop zainstalowany w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku.

Źródła:

Reverse cosmic lens advances quasar studies

Astronomers using Keck Observatory have identified the first known quasar acting as a gravitational lens that magnifies an even more distant galaxy. The discovery may provide astronomers with a new technique to study quasars.

Quasars are extraordinarily luminous and energetic objects that can be a thousand times brighter than ordinary galaxies, such as the Milky Way. They are thought to be powered by supermassive black holes that lie at the core of distant galaxies. Because quasars are so luminous and emit nearly all their light from the very innermost regions of their host galaxy, astronomers gather little information on the host galaxy itself.

“It is a bit like staring into bright car headlights and trying to discern the color of their rims,” said astronomer Frederic Courbin of the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, or EPFL, in Switzerland.

The new “reverse” quasar-galaxy gravitational lens, described by Courbin and his colleagues in the July 16 Astronomy & Astrophysics, provides a way to tell something about the host galaxy, such as its mass. This is important to studying how the galaxy itself relates to the central supermassive black hole.

According to Einstein’s theory of general relativity, a gravitational lens occurs when a large mass—a quasar, large galaxy or cluster of galaxies—is placed along the line of sight to a distant galaxy. As light from the distant galaxy travels toward Earth and interacts with the large mass, the distant object’s light rays are bent and re-directed. On Earth, an observer sees this interaction as two or more close images of the magnified background galaxy.

Astronomers discovered the first quasar gravitationally lensed by a foreground galaxy in 1979. Since then, they have found many more examples of quasar-galaxy gravitational lenses, allowing researchers to calculate the masses of the foreground galaxies.

There has not been an example of the reverse process—a background galaxy being lensed by the massive host galaxy of a foreground quasar—until now.

“We were delighted to see that this idea actually works,” said Georges Meylan, the leader of the EPFL team. “This discovery demonstrates the continued utility of gravitational lensing as an astrophysical tool.”

To find potentially lensing quasars, astronomers from EPFL and the California Institute of Technology, or Caltech, searched a large database of quasar spectra obtained by the Sloan Digital Sky Survey. The team selected candidates that showed evidence of reverse quasar-galaxy gravitational lensing.

Using the Keck II 10-meter telescope, the Near-Infrared Camera-2 (NIRC-2), and laser guide star adaptive optics to correct for the turbulence in the atmosphere, the astronomers imaged the candidate quasars. Pictures of one candidate revealed the signature multiple images of a lensed background galaxy.

With the Keck I 10-meter telescope and its Low Resolution Imaging Spectrograph, or LRIS, the team determined that the quasar is 1.6 billion light years from Earth and lenses a galaxy roughly 7.5 billion light years away. The astronomers also estimate that the inner kiloparsec, or 3200 light years, of the quasar’s host galaxy contains roughly 20 billion times the mass of the Sun.

“Quasars are valuable probes of galaxy formation and evolution,” said S. George Djorgovski, the leader of the Caltech team. “Discoveries of more of these systems will help us better understand the relationship between quasars and the galaxies which contain them, and their co-evolution.”

The Sloan Digital Sky Survey (SDSS) is one of the most ambitious and influential surveys in the history of astronomy. SDSS-III, a program of four new surveys using SDSS facilities, began observations in July 2008, and will continue through 2014. The SDSS used a dedicated 2.5-meter telescope at Apache Point Observatory, New Mexico, equipped with two powerful special-purpose instruments.

The W. M. Keck Observatory operates two 10-meter optical/infrared telescopes on the summit of Mauna Kea on the island of Hawai’i and is a scientific partnership of the California Institute of Technology, the University of California and NASA. For more information please call 808.881.3827 or visit http://www.keckobservatory.org.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *