เครดิตภาพ: ฮับเบิล
มีตัวอย่างมากมายที่ทราบว่ากาแลคซีทำหน้าที่เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงทำให้เกิดภาพหลายภาพบนท้องฟ้าของวัตถุที่อยู่ไกลมากขึ้นเช่นควาซาร์ที่สว่างซ่อนอยู่ด้านหลัง แต่มีความลึกลับมานานกว่า 20 ปีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein คาดการณ์ว่าน่าจะมีภาพแปลก ๆ จำนวนมาก แต่เลนส์ที่สังเกตได้เกือบทั้งหมดมีภาพที่รู้จักกันเพียง 2 หรือ 4 ภาพ ตอนนี้นักดาราศาสตร์ Joshua Winn จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) และอดีตเพื่อนร่วมงาน CfA สองคน David Rusin (ปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย) และ Christopher Kochanek (มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ) ได้ระบุภาพที่สาม ควาซาร์เลนส์ การสำรวจด้วยคลื่นวิทยุของระบบที่เรียกว่า PMN J1632-0033 ในกลุ่มดาว Ophiuchus ได้ค้นพบภาพกลางจาง ๆ ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของกาแลคซีเลนส์และหลุมดำมวลมหาศาลที่คาดว่าจะอยู่ที่ใจกลาง
“ การค้นหาภาพกลางนี้น่าสนใจในสิทธิของตนเอง แต่มีความสำคัญมากกว่าสำหรับสิ่งที่มันสามารถบอกเราเกี่ยวกับกาแลคซีของเลนส์ นี่เป็นเครื่องมือใหม่สำหรับการศึกษากาแลคซีที่ไกลถึงแม้จะเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลพวกเขาแค่รอยเปื้อนจาง ๆ ” วินน์กล่าว
ควาซาร์เป็นวัตถุที่อยู่ไกลและสว่างมากซึ่งเชื่อกันว่าถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลมหาศาล พวกมันส่องแสงอย่างสว่างไสวโดยการแปลงพลังงานความโน้มถ่วงของสสารที่ตกลงไปในหลุมดำเป็นแสงและการแผ่รังสีชนิดอื่นเช่นคลื่นวิทยุ
ในเลนส์ความโน้มถ่วงรังสีแสงจากควาซาร์ซึ่งผ่านเข้าใกล้กาแลคซีนั้นจะโค้งงอโดยสนามแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีมากเท่าที่พวกมันจะงอเมื่อผ่านเลนส์แก้ว ศูนย์กลางของกาแลคซีที่หนาแน่นมากขึ้นและแรงโน้มถ่วงของมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่ภาพกลางนี้ที่แสงผ่านเข้ามาใกล้กับใจกลางกาแลคซีเลนส์มากสามารถบอกเราได้มากเกี่ยวกับแก่นของกาแลคซีนั้น โอกาสนั้นทำให้การค้นหาภาพกลางดังกล่าวเป็นที่ต้องการอย่างยิ่ง
ในระบบ PMN J1632-0033 ควาซาร์เสียงดังวิทยุที่ redshift z = 3.42 (ระยะทางประมาณ 11.5 พันล้านปีแสง) กำลังถูกถ่ายภาพด้วยกาแลคซีรูปไข่ที่ redshift z ~ 1 (ประมาณ 8 พันล้านปีแสง) . เป็นที่รู้กันว่ามีภาพของควาซาร์สองภาพและอีกหนึ่งในสามที่เป็นแหล่งคลื่นวิทยุที่จางมาก ๆ ถูกสงสัยว่าเป็นภาพศูนย์กลาง อย่างไรก็ตามแหล่งที่สามนั้นอยู่ด้านบนสุดของกาแลคซีเลนส์และอาจเป็นแก่นแท้ของกาแลคซีเลนส์
ด้วยการสังเกตวิทยุ“ สี” หรือสเปกตรัมของภาพทั้งสามภาพโดยใช้อาร์เรย์ที่มีขนาดใหญ่มากและฐานที่ยาวมาก ๆ ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติมูลนิธิวินน์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ให้หลักฐานที่น่าสนใจว่าแหล่งที่สามเป็นภาพกลางของควาซาร์ สเปกตรัมของมันเหมือนกับภาพสองภาพอื่น ๆ ยกเว้นที่ความถี่ต่ำซึ่งบางส่วนของพลังงานคลื่นวิทยุถูกดูดกลืนโดยกาแลคซีเลนส์
รูปทรงเรขาคณิตและคุณสมบัติของภาพสามภาพของควาซาร์ได้บอกเราเกี่ยวกับแกนกลางของกาแลคซีของเลนส์แล้ว ตัวอย่างเช่นหลุมดำกลางมีน้ำหนักน้อยกว่า 200 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ความหนาแน่นของพื้นผิว (ปริมาณสสารที่ฉายบนระนาบของท้องฟ้า) ที่ตำแหน่งของภาพกลางคือมวลดวงอาทิตย์มากกว่า 20,000 ดวงต่อตารางพาร์เซก (สำหรับการเปรียบเทียบความหนาแน่นพื้นผิวของทางช้างเผือกใกล้ดวงอาทิตย์ของเราคือประมาณ 50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ต่อตารางเมตร) ทั้งคู่สำหรับกาแลคซีเลนส์เห็นด้วยกับความคาดหวังจากการสำรวจรายละเอียดของกาแลคซีใกล้ชิดกับโลกหลายร้อยครั้ง
“ ความรู้เกือบทั้งหมดของเราเกี่ยวกับศูนย์กาแลคซีมาจากการศึกษากาแลคซีใกล้เคียงมาก สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับภาพกลางคือคุณสามารถรับข้อมูลที่คล้ายกันเกี่ยวกับแกนของกาแลคซีหลายร้อยครั้งไกลออกไปและพันล้านปีที่อายุน้อยกว่ากาแลคซีใกล้เคียงของเรา” วินน์กล่าว
งานวิจัยนี้สามารถดูได้ทางออนไลน์ที่ http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 และจะตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 12 กุมภาพันธ์ 2547
ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่เคมบริดจ์เป็นความร่วมมือระหว่างหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์สมิ ธ โซเนียนและหอดูดาววิทยาลัยฮาร์วาร์ด นักวิทยาศาสตร์ของ CfA จัดแบ่งเป็นหกแผนกวิจัยศึกษาที่มาวิวัฒนาการและชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล
แหล่งที่มาเดิม: ข่าวจาก Harvard CfA
