Bildnachweis: Hubble
Es sind viele Beispiele bekannt, bei denen eine Galaxie als Gravitationslinse fungiert und mehrere Bilder am Himmel eines weiter entfernten Objekts erzeugt, wie ein heller Quasar, der sich dahinter verbirgt. Aber seit über 20 Jahren gibt es ein hartnäckiges Rätsel: Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass es eine ungerade Anzahl von Bildern geben sollte, doch fast alle beobachteten Linsen haben nur 2 oder 4 bekannte Bilder. Nun haben der Astronom Joshua Winn vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und zwei ehemalige CfA-Kollegen, David Rusin (jetzt an der University of Pennsylvania) und Christopher Kochanek (Ohio State University), ein drittes zentrales Bild von identifiziert ein Linsenquasar. Radiobeobachtungen des als PMN J1632-0033 bekannten Systems im Sternbild Ophiuchus deckten ein schwaches zentrales Bild auf, mit dem die Eigenschaften der Linsengalaxie und des supermassiven Schwarzen Lochs untersucht werden können, von dem erwartet wird, dass es in seiner Mitte liegt.
„Dieses zentrale Bild zu finden ist an sich schon interessant, aber noch wichtiger für das, was es über die Linsengalaxie aussagen kann. Dies bietet uns ein neues Werkzeug für die Untersuchung von Galaxien, die so weit entfernt sind, dass sie selbst für das Hubble-Weltraumteleskop nur schwache Flecken sind “, sagte Winn.
Quasare sind extrem entfernte und helle Objekte, von denen angenommen wird, dass sie von supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben werden. Sie leuchten hell, indem sie die Gravitationsenergie der in das Schwarze Loch fallenden Materie in Licht und andere Arten von Strahlung wie Radiowellen umwandeln.
Bei der Gravitationslinse werden Lichtstrahlen von einem Quasar, die nahe an einer Galaxie vorbeiziehen, durch das Gravitationsfeld der Galaxie gebogen, so wie sie beim Durchgang durch eine Glaslinse gebogen würden. Je dichter das Zentrum einer Galaxie ist und je stärker ihre Schwerkraft ist, desto schwächer wird das zentrale Bild. Dieses zentrale Bild, dessen Licht der Mitte der Linsengalaxie am nächsten gekommen ist, kann uns jedoch viel über den Kern dieser Galaxie erzählen. Diese Möglichkeit macht es besonders wünschenswert, solche zentralen Bilder zu finden.
In dem System PMN J1632-0033 wird ein radioaktiver Quasar bei Rotverschiebung z = 3,42 (eine Entfernung von ungefähr 11,5 Milliarden Lichtjahren) von einer elliptischen Galaxie bei Rotverschiebung z ~ 1 (ungefähr 8 Milliarden Lichtjahre entfernt) beleuchtet. . Es war bekannt, dass zwei Bilder des Quasars existierten, und eine dritte, sehr schwache Radioquelle wurde als zentrales Bild vermutet. Diese dritte Quelle befand sich jedoch direkt über der Linsengalaxie und war möglicherweise der Linsengalaxie selbst eigen.
Durch Beobachtung der Radio- „Farbe“ oder des Spektrums aller drei Bilder unter Verwendung des Very Large Array und des Very Long Baseline Array der National Science Foundation lieferten Winn und seine Kollegen überzeugende Beweise dafür, dass die dritte Quelle tatsächlich das zentrale Bild des Quasars ist. Sein Spektrum ist im Wesentlichen identisch mit den beiden anderen Bildern, außer bei niedrigen Frequenzen, bei denen ein Teil der Funkenergie von der Linsengalaxie absorbiert wurde.
Die Geometrie und Eigenschaften der drei Bilder des Quasars sagen bereits etwas über den Kern der Linsengalaxie aus. Zum Beispiel wiegt sein zentrales Schwarzes Loch weniger als 200 Millionen Sonnenmassen. Außerdem beträgt seine Oberflächendichte (Menge der Materie, wie sie gegen die Ebene des Himmels projiziert wird) am Ort des zentralen Bildes mehr als 20.000 Sonnenmassen pro Quadratparsec. (Zum Vergleich: Die Oberflächendichte der Milchstraße in der Nähe unserer Sonne beträgt etwa 50 Sonnenmassen pro Quadratparsec.) Beide Zahlen für die Linsengalaxie stimmen mit den Erwartungen überein, die auf detaillierten Beobachtungen von Galaxien beruhen, die hunderte Male näher an der Erde liegen.
„Fast unser gesamtes Wissen über Galaxienzentren stammt aus der Untersuchung sehr nahegelegener Galaxien. Das Bemerkenswerte an zentralen Bildern ist, dass Sie ähnliche Informationen über die Galaxienkerne erhalten können, die hunderte Male weiter entfernt und Milliarden Jahre jünger sind als unsere benachbarten Galaxien “, sagte Winn.
Diese Forschung ist online unter http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 verfügbar und wird in der Ausgabe vom 12. Februar 2004 der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: Harvard CfA Pressemitteilung
