A csillagászok két évtizedig temették el a kozmikus arany tűt

Elhatározva, hogy tűt talál egy kozmikus szénakazalban, egy csillagászpár időutazás közben bejárta a Hawaii Mauankea-i WM Keck Obszervatórium régi adatait és a NASA Chandra Röntgen Obszervatóriumának régi röntgenadatait, hogy feltárja a fényes, lencsés, erősen elhomályosított kvazár.

Ez az égi tárgy, amely egy aktív galaxis, amely hatalmas mennyiségű energiát bocsát ki az anyagot felemésztő fekete lyuk miatt, önmagában is izgalmas tárgy. Kivételesen izgalmas megtalálni azt, amely gravitációs lencsével rendelkezik, és így világosabbnak és nagyobbnak tűnik. Míg jelenleg valamivel több mint 200 lencse nélküli, nem fedett kvazár ismert, a felfedezett lencse eltakart kvazárok száma egyjegyű. Ennek oka, hogy az etető fekete lyuk gázokat és port kavart fel, leplezve a kvazárt és megnehezítve a látható fényben végzett felmérések észlelését.

A kutatók nemcsak egy ilyen típusú kvazárt fedeztek fel, hanem azt is, hogy az objektum az első felfedezett Einstein-gyűrű, az MG 1131 + 0456 névre keresztelt, amelyet 1987-ben az új-mexikói rádióteleszkópok Very Large Array hálózatával figyeltek meg. Figyelemre méltó, bár széles körben tanulmányozták, a kvazár távolsága vagy vöröseltolódása kérdőjel maradt.

"Mélyebbre ásva meglepődtünk, hogy egy ilyen híres és fényes forrásnál soha nem volt mért távolság" - mondta Daniel Stern, a NASA sugárhajtómű laboratóriumának vezető kutatója és a tanulmány szerzője. "A távolság birtoklása szükséges első lépés mindenféle kiegészítő tanulmányhoz, például a lencse eszközének felhasználásával a világegyetem tágulási történetének mérésére és a sötét anyag szondájaként."

Stern és társszerző Dominic Walton, az STFC Ernest Rutherford munkatársa, a Cambridge-i Egyetem Csillagászati Intézetének (Egyesült Királyság) elsőként számítják ki a kvazár távolságát, amely 10 milliárd fényévnyire van (vagy z = 1,849 vöröseltolódás). ).

Az eredmény a The Astrophysical Journal Letters mai számában jelenik meg.

"Ez az egész egy kicsit nosztalgikus volt számomra, és arra késztettem, hogy karrierem kezdetétől, amikor még egyetemista voltam, a papírokat néztem meg. A berlini fal még mindig fent volt, amikor először felfedezték ezt az Einstein-gyűrűt, és minden adat lapunkban bemutatott adatok az elmúlt évezredből származnak "- mondta Stern.

MÓDSZERTAN

Kutatásuk idején a bolygó körüli távcsöveket zárták a koronavírus-járvány miatt (a Keck Obszervatórium azóta május 16-án újra megnyílt); Stern és Walton kihasználták otthon töltött hosszabb idejüket, hogy kreatívan folytassák a tudomány fejlődését, a NASA Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) adatainak átfésülésével gravitációs lencsékkel ellátott, erősen elhomályosított kvazárok keresésére. Míg a por a legtöbb aktív galaxist elrejti a látható fény felméréseiben, ez a por eltakarása nagyon fényessé teszi az ilyen forrásokat az infravörös felmérések során, amint azt a WISE szolgáltatta.

Noha a kvazárok gyakran rendkívül messze vannak, a csillagászok a gravitációs lencsék segítségével képesek észlelni őket, ami a természet nagyítójaként működik. Ez akkor fordul elő, amikor a Földhöz közelebb eső galaxis lencseként működik, és a mögötte álló kvazárt rendkívül fényessé teszi. A közelebbi galaxis gravitációs mezője maga vetíti a teret, meghajlítva és felerősítve a kvazár fényét a háttérben. Ha az igazítás megfelelő, ez egy Einstein-gyűrűnek nevezett fénykört hoz létre, amelyet Albert Einstein jósolt meg 1936-ban. A gravitációs lencse általában a háttérobjektum több képét fogja előidézni az előtér objektuma körül.

Miután Stern és Walton újra felfedezték az MG 1131 + 0456-ot a WISE-vel, és rájöttek, hogy a távolság rejtély maradt, aprólékosan átfésülték a Keck Obszervatórium Archívumának (KOA) régi adatait, és megállapították, hogy az Obszervatórium 1997 és 2007 között hétszer figyelte meg a kvazárt az alacsony felbontás felhasználásával. Képalkotó spektrométer (LRIS) a Keck I teleszkópon, valamint a közeli infravörös spektrográf (NIRSPEC) és az Echellette spektrográf és képalkotó (ESI) a Keck II teleszkópon.

"Keck legkorábbi, 1997 márciusában vett adatállományából a csillagvizsgáló korai éveiben tudtuk leválasztani a távolságot" - mondta Walton. "Hálásak vagyunk Kecknek és a NASA-nak az együttműködésért tett erőfeszítéseikért, hogy több mint 25 éves Keck-adatot nyilvánosan elérhetővé tegyenek a világ számára. Lapunk anélkül nem lett volna lehetséges."

A csapat elemezte a NASA archív adatait is a Chandra Röntgen Obszervatóriumtól 2000-ben, a misszió megkezdése utáni első évben.

KÖVETKEZŐ LÉPÉSEK

Az MG 1131 + 0456 most már ismert távolságával Walton és Stern tökéletes pontossággal meg tudták határozni a lencsés galaxis tömegét, és a Chandra adatok segítségével szilárdan megerősítették a kvazár homályos jellegét, pontosan meghatározva, hogy mennyi közbeeső gáz van köztünk és világító központi régiói.

"Most már teljes mértékben leírhatjuk ennek az Einstein-gyűrűnek az egyedi, véletlenszerű geometriáját" - mondta Stern. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy nyomon követési tanulmányokat készítsünk, például a hamarosan induló James Webb űrtávcső segítségével tanulmányozzuk a lencsés galaxis sötét anyag tulajdonságait."

"A következő lépés a lencsés kvazárok megtalálása, amelyek még jobban el vannak takarva, mint az MG 1131 + 0456" - mondta Walton. "Ezeket a tűket még nehezebb megtalálni, de odakint várnak felfedezésükre. Ezek a kozmikus drágakövek mélyebb megértést nyújthatnak az univerzumban, beleértve a további betekintést abba, hogy a szupermasszív fekete lyukak hogyan nőnek és befolyásolják a környezetüket" - mondja Walton.