เครดิตรูปภาพ: ESO
นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวยุโรปใต้พบว่าเลนส์ความโน้มถ่วง“ Einstein ring” ที่หายากมากซึ่งแสงจากควาซาร์ไกลโพ้นถูกวิปริตและขยายโดยแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีที่อยู่ใกล้ยิ่งขึ้น วัตถุทั้งสองอยู่ในแนวเดียวกันอย่างใกล้ชิดจนภาพของควาซาร์ก่อตัวเป็นวงแหวนรอบกาแลคซีจากจุดได้เปรียบของเราที่นี่บนโลก ด้วยการวัดอย่างระมัดระวังทีมสามารถตรวจสอบว่าควาซาร์นั้นอยู่ห่างออกไป 6.3 พันล้านปีแสงและกาแล็กซี่อยู่ห่างออกไปเพียง 3.5 พันล้านปีแสงทำให้มันเป็นเลนส์ความโน้มถ่วงที่ใกล้ที่สุดเท่าที่เคยพบมา
การใช้กล้องโทรทรรศน์ ESO ขนาด 3.6 ม. ที่ La Silla (ชิลี) ทีมนักดาราศาสตร์ระหว่างประเทศ [1] ได้ค้นพบความมหัศจรรย์ของจักรวาลที่ซับซ้อนในปล่องภูเขาไฟกลุ่มทางใต้ (The Cup) ระบบ“ เลนส์ความโน้มถ่วง” นี้ประกอบด้วย (สี่ภาพ) ของควาซาร์เดียวกันรวมถึงภาพรูปวงแหวนของกาแลคซีที่ควาซาร์อาศัยอยู่ - รู้จักกันในนาม“ แหวนไอน์สไตน์” กาแลคซีที่มีเลนส์ใกล้เคียงซึ่งทำให้เกิดภาพลวงตาที่น่าสนใจนี้ก็มองเห็นได้เช่นกัน
ทีมได้รับสเปกตรัมของวัตถุเหล่านี้ด้วยกล้อง EMMI ใหม่ที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีใหม่ ESO 3.5 ม. (NTT) ที่หอดูดาวลาซิลลา พวกเขาพบว่าควาซาร์แบบเลนส์ [2] ตั้งอยู่ที่ระยะทาง 6,300 ล้านปีแสง ("redshift" ของมันคือ z = 0.66 [3]) ในขณะที่กาแล็กซีวงรีรูปไข่นั้นอยู่ครึ่งทางระหว่างควาซาร์และพวกเรา 3,500 ล้านปีแสง (z = 0.3)
ระบบนี้ได้รับการกำหนดให้เป็น RXS J1131-1231 ซึ่งเป็นควาซาร์ที่มีเลนส์แรงโน้มถ่วงที่ใกล้ที่สุดที่ค้นพบ
ภาพลวงตาของจักรวาล
หลักการทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลัง "เลนส์ความโน้มถ่วง" (หรือที่เรียกว่า "จักรวาลภาพลวงตา") เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ปี 2459 อันเป็นผลมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ สนามแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่โค้งรูปทรงเรขาคณิตของจักรวาลดังนั้นแสงที่ผ่านเข้ามาใกล้วัตถุนั้นจะโค้งงอ (เช่น "เส้นตรง" บนพื้นผิวโลกจำเป็นต้องโค้งเนื่องจากความโค้งของพื้นผิวโลก) .
ผลกระทบนี้ถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ในปี 1919 ในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง การตรวจสอบตำแหน่งของดาวฤกษ์ที่แม่นยำในท้องฟ้ามืดใกล้กับสุริยุปราคาแสดงการกระจัดอย่างชัดเจนในทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์ประมาณเท่าที่ทฤษฎีของ Einstein ทำนายไว้ ผลกระทบนี้เกิดจากแรงดึงดูดของโฟตอนของดวงดาวเมื่อพวกมันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ระหว่างเดินทางมาหาเรา นี่เป็นการยืนยันโดยตรงของปรากฏการณ์ใหม่ทั้งหมดและเป็นตัวแทนของเหตุการณ์สำคัญในฟิสิกส์
ในปี 1930 นักดาราศาสตร์ Fritz Zwicky (1898 - 1974) สัญชาติสวิสและทำงานที่หอดูดาว Mount Wilson ในรัฐแคลิฟอร์เนียได้ตระหนักว่าผลกระทบแบบเดียวกันนี้อาจเกิดขึ้นในอวกาศที่กาแลคซีและกระจุกกาแลคซีขนาดใหญ่อาจมีขนาดเล็กและใหญ่พอ เพื่องอแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลกว่า อย่างไรก็ตามมันเป็นเพียงห้าทศวรรษต่อมาในปี 1979 ความคิดของเขาได้รับการยืนยันอย่างสังเกตเมื่อตัวอย่างแรกของภาพลวงตาของจักรวาลถูกค้นพบ (เป็นภาพสองภาพของควาซาร์ไกลโพ้นเดียวกัน)
โดยทั่วไปแล้วภาพลวงตาของจักรวาลมักถูกมองว่าเป็นภาพหลาย ๆ ภาพของควาซาร์เดี่ยว [2] ซึ่งถูกปกคลุมด้วยกาแลคซีซึ่งตั้งอยู่ระหว่างควาซาร์และเรา จำนวนและรูปร่างของภาพของควาซาร์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ของควาซาร์กาแลคซีเลนส์และเรา ยิ่งไปกว่านั้นถ้าการจัดตำแหน่งสมบูรณ์แบบเราก็จะเห็นภาพวงแหวนรอบ ๆ วัตถุที่เป็นเลนส์ แม้ว่า“ วงแหวน Einstein” ดังกล่าวนั้นหายากมากและมีการสังเกตเพียงไม่กี่กรณีเท่านั้น
สิ่งที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งของเอฟเฟกต์เลนส์ความโน้มถ่วงคือมันไม่เพียง แต่ส่งผลให้เกิดภาพซ้อนหรือซ้อนกันของวัตถุเดียวกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสว่างของภาพเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับเลนส์สายตาธรรมดา กาแลคซีที่อยู่ห่างไกลและกระจุกกาแลคซีจึงอาจทำหน้าที่เป็น“ กล้องโทรทรรศน์ธรรมชาติ” ซึ่งทำให้เราสามารถสังเกตวัตถุที่อยู่ไกลออกไปมากขึ้นซึ่งอาจจะสลัวเกินไปที่จะตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ทางดาราศาสตร์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
เทคนิคการลับภาพให้คมชัดยิ่งขึ้น
เลนส์ความโน้มถ่วงใหม่ที่กำหนด RXS J1131-1231 ถูกค้นพบโดยบังเอิญในเดือนพฤษภาคม 2545 โดย Dominique Sluse นักศึกษาปริญญาเอกจาก ESO ในชิลีในขณะที่ตรวจสอบภาพควาซาร์ที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์ ESO ขนาด 3.6 ม. ที่หอดูดาว La Silla การค้นพบของระบบนี้ทำกำไรจากเงื่อนไขการสังเกตที่ดีที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาของการสังเกต จากการตรวจสอบภาพอย่างง่ายของภาพเหล่านี้ Sluse ได้ข้อสรุปอย่างเป็นระบบว่าระบบดังกล่าวมีลักษณะคล้ายดาวสี่ดวง (ภาพควาซาร์ที่มีเลนส์) และองค์ประกอบหนึ่งที่แพร่กระจาย (กาแล็กซี่สำหรับเลนส์)
เนื่องจากการแยกชิ้นส่วนเล็ก ๆ น้อย ๆ ระหว่างลำดับของหนึ่งอาร์ควินาทีหรือน้อยกว่าและเอฟเฟ็กต์ "การเบลอ" ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งเกิดจากความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศโลก ("การเห็น") นักดาราศาสตร์จึงใช้ซอฟต์แวร์ - แก้ไขภาพที่สามารถวัดความสว่างและตำแหน่งที่แม่นยำได้ (ดู ESO PR 09/97) เทคนิค“ deconvolution” ที่เรียกว่านี้ทำให้สามารถมองเห็นระบบที่ซับซ้อนนี้ได้ดียิ่งขึ้นและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อยืนยันและทำให้เห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับแหวน Einstein ที่เกี่ยวข้อง ประชาสัมพันธ์ภาพถ่าย 20a / 03
การระบุแหล่งที่มาและของเลนส์
ทีมนักดาราศาสตร์ [1] จากนั้นใช้กล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีใหม่ ESO 3.5 ม. (NTT) ที่ลาซิลลาเพื่อให้ได้สเปคตรัมขององค์ประกอบภาพแต่ละภาพของระบบเลนส์นี้ สิ่งนี้มีความจำเป็นเพราะเช่นเดียวกับลายนิ้วมือมนุษย์ spectra อนุญาตการระบุที่ชัดเจนของวัตถุที่สังเกต
อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่งานง่ายเพราะภาพที่แตกต่างกันของภาพลวงตาของจักรวาลตั้งอยู่ใกล้กันมากในท้องฟ้าและต้องมีเงื่อนไขที่ดีที่สุดเพื่อให้ได้สเปกตรัมที่สะอาดและแยกออกจากกัน อย่างไรก็ตามคุณภาพออพติคอลที่ยอดเยี่ยมของ NTT รวมกับสภาพการมองเห็นที่ดีพอสมควร (ประมาณ 0.7 วินาที) ทำให้นักดาราศาสตร์ตรวจจับ "ลายนิ้วมือสเปกตรัม" ของทั้งแหล่งกำเนิดและวัตถุที่ทำหน้าที่เป็นเลนส์ cf. รูปภาพ ESO PR 20b / 03
การประเมินสเปกตรัมนั้นแสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดฉากหลังนั้นเป็นควาซาร์ที่มีการเปลี่ยนสีแดงเป็น z = 0.66 [3] ซึ่งสอดคล้องกับระยะทางประมาณ 6,300 ล้านปีแสง แสงจากควาซาร์นี้ถูกปกคลุมด้วยกาแลคซีทรงวงรีขนาดใหญ่ที่มี redshift z = 0.3 คือระยะทาง 3,500 ล้านปีแสงหรือประมาณครึ่งทางระหว่างควาซาร์และเรา มันเป็นควาซาร์เลนส์ที่ใกล้ที่สุดที่รู้จักกันจนถึงปัจจุบัน
เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตที่เฉพาะเจาะจงของเลนส์และตำแหน่งของกาแล็กซี่ lensing จึงเป็นไปได้ที่จะแสดงให้เห็นว่าแสงจากกาแลคซีแบบขยายซึ่งเป็นที่ตั้งของควาซาร์นั้นควรจะถูกมองด้วยเลนส์และมองเห็นเป็นรูปวงแหวน นี่เป็นกรณีที่แสดงให้เห็นโดย PR Photo 20a / 03 ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามี "แหวน Einstein" ล้อมรอบภาพของกาแลคซีเลนส์ใกล้เคียงมากขึ้น
เลนส์ไมโครในเลนส์มาโคร?
การกำหนดค่าเฉพาะของภาพเลนส์แต่ละภาพที่ตรวจพบในระบบนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถสร้างแบบจำลองที่มีรายละเอียดของระบบ จากนี้พวกเขาสามารถคาดการณ์เกี่ยวกับความสว่างสัมพัทธ์ของภาพเลนส์ต่างๆ
ค่อนข้างคาดไม่ถึงพวกเขาพบว่าความสว่างที่ทำนายไว้ของภาพคล้ายดาวฤกษ์ควาซาร์ทั้งสามดวงนั้นไม่สอดคล้องกับภาพที่สังเกตเห็น - หนึ่งในนั้นกลายเป็นหนึ่งขนาด (นั่นคือปัจจัย 2.5) ที่สว่างกว่าที่คาดไว้ . การคาดการณ์นี้ไม่ได้เรียกว่าคำถามสัมพัทธภาพทั่วไป แต่แสดงให้เห็นว่าผลกระทบอื่นกำลังทำงานอยู่ในระบบนี้
สมมติฐานขั้นสูงโดยทีมงานคือหนึ่งในภาพนั้นอยู่ภายใต้ "microlensing" เอฟเฟกต์นี้มีลักษณะเดียวกับภาพลวงตาของจักรวาล - มีการขยายภาพวัตถุหลายภาพ - แต่ในกรณีนี้การเบี่ยงเบนของแสง - แสงเพิ่มเติมเกิดจากดาวดวงเดียว (หรือดาวหลายดวง) ภายในกาแลคซีเลนส์ ผลที่ได้คือว่ามีภาพควาซาร์เพิ่มเติม (ไม่ได้แก้ไข) เพิ่มเติมภายในหนึ่งในภาพที่มีเลนส์มาโคร
ผลลัพธ์คือ "การขยายภาพเกิน" ของภาพนี้โดยเฉพาะ ไม่ว่าจะเป็นสิ่งนี้จริง ๆ หรือไม่ก็ตามจะได้รับการทดสอบโดยใช้การสังเกตใหม่ของระบบเลนส์ความโน้มถ่วงนี้กับ ESO Very Large Telescope (VLT) ที่ Paranal (ชิลี) และหอสังเกตการณ์วิทยุ Large Large Array (VLA) ในนิวเม็กซิโก (สหรัฐอเมริกา) )
ภาพ
จนถึงปัจจุบันมีการค้นพบควาซาร์หลายภาพ 62 ภาพโดยส่วนใหญ่จะแสดงภาพควาซาร์เดียวกัน 2 หรือ 4 ภาพ การปรากฏตัวของภาพที่ยืดยาวของควาซาร์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งของภาพเหมือนแหวนมักจะพบที่ความยาวคลื่นวิทยุ อย่างไรก็ตามนี่ยังคงเป็นปรากฏการณ์ที่หาได้ยากในโดเมนออปติคัล - ระบบดังกล่าวเพียงสี่ระบบเท่านั้นที่ได้รับการถ่ายภาพโดยเครื่องฉายทางแสง / อินฟราเรดจนถึงปัจจุบัน
ระบบ RXS J1131-1231 ที่ซับซ้อนและสว่างในขณะนี้ถูกค้นพบเป็นห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่เป็นเอกลักษณ์ ลักษณะที่หาได้ยาก (เช่นความสว่างการปรากฏตัวของรูปวงแหวน, Redshift ขนาดเล็ก, X-ray และการปล่อยคลื่นวิทยุ, เลนส์ที่มองเห็นได้, ... ) จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาคุณสมบัติของกาแลคซีเลนส์รวมถึงเนื้อหาที่เป็นตัวเอก โครงสร้างและการกระจายมวลอย่างละเอียดและเพื่อศึกษาสัณฐานวิทยาของแหล่งกำเนิด การศึกษาเหล่านี้จะใช้การสังเกตใหม่ซึ่งกำลังได้รับจาก VLT ที่ Paranal ด้วยเครื่องวัดสัญญาณรบกวนวิทยุ VLA ในนิวเม็กซิโกและกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
ข้อมูลมากกว่านี้
การวิจัยที่อธิบายไว้ในข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับนี้นำเสนอในจดหมายถึงบรรณาธิการเร็ว ๆ นี้จะปรากฏในวารสารมืออาชีพยุโรปดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ (“ ควาซาร์ถ่ายภาพสี่เท่ากับผู้สมัครแหวน Einstein แสง: 1RXS J113155.4-123155” โดย Dominique Sluse และคณะ)
ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเลนส์ความโน้มถ่วงและกลุ่มวิจัยนี้สามารถดูได้ที่ URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/
หมายเหตุ
[1]: ทีมประกอบด้วย Dominique Sluse, Damien Hutsem? kers และ Thodori Nakos (ESO และ Institut d'Astrophysique et de G? ophysique de l'Universit? de Li? ge-IAGL), Jean-Fran? ois Claeskens , Fr? d? ric Courbin, Christophe Jean, และ Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO), และ Sergiy Khmil (หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Shevchentko)
[2]: ควาซาร์เป็นกาแลคซีที่กำลังทำงานโดยเฉพาะซึ่งเป็นจุดศูนย์กลางที่ปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลและอนุภาคที่มีพลัง เชื่อกันว่าพวกมันมีหลุมดำขนาดใหญ่อยู่ตรงกลางและพลังงานนั้นเกิดขึ้นเมื่อสสารที่อยู่รอบ ๆ ตกลงไปในหลุมดำนี้ วัตถุชนิดนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2506 โดยนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน - ชาวเนเธอร์แลนด์ Maarten Schmidt ที่หอดูดาวพาโลมาร์ (แคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกา) และชื่อนี้อ้างถึงลักษณะที่คล้ายดาวบนภาพที่ได้รับในเวลานั้น
[3]: ในทางดาราศาสตร์“ redshift” หมายถึงเศษส่วนที่เส้นในสเปกตรัมของวัตถุถูกเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของวัตถุทางดาราศาสตร์เพิ่มขึ้นตามระยะทางการเปลี่ยนระยะทางของกาแลคซีระยะไกลก็ให้การประมาณระยะทางด้วย
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO
