Credito d'immagine: ESO
Gli astronomi dell'Osservatorio europeo meridionale hanno trovato una lente gravitazionale molto rara ad "anello di Einstein", in cui la luce proveniente da un quasar distante è deformata e ingrandita dalla gravità di una galassia più vicina. I due oggetti sono così strettamente allineati che l'immagine del quasar forma un anello attorno alla galassia dal nostro punto di osservazione qui sulla Terra. Con misurazioni accurate, il team è stato in grado di determinare che il quasar è distante 6,3 miliardi di anni luce e che la galassia è a soli 3,5 miliardi di anni luce, rendendola la lente gravitazionale più vicina mai scoperta.
Utilizzando il telescopio ESO da 3,6 m a La Silla (Cile), un team internazionale di astronomi [1] ha scoperto un complesso miraggio cosmico nel cratere della costellazione meridionale (La Coppa). Questo sistema di "lenti gravitazionali" è costituito da (almeno) quattro immagini dello stesso quasar e un'immagine a forma di anello della galassia in cui risiede il quasar, noto come "anello di Einstein". Anche la galassia a lente più vicina che causa questa intrigante illusione ottica è ben visibile.
Il team ha ottenuto spettri di questi oggetti con la nuova telecamera EMMI montata sul New Technology Telescope (NTT) da 3,5 m ESO, anch'esso presso l'osservatorio di La Silla. Scoprono che il quasar con lenti [2] si trova a una distanza di 6.300 milioni di anni luce (il suo "spostamento verso il rosso" è z = 0.66 [3]) mentre la galassia ellittica con lente è approssimativamente a metà strada tra il quasar e noi, a distanza di 3.500 milioni di anni luce (z = 0,3).
Il sistema è stato designato RXS J1131-1231 - è il quasar a lente gravitazionale più vicino scoperto finora.
Miraggi cosmici
Il principio fisico alla base di una "lente gravitazionale" (noto anche come "miraggio cosmico") è noto dal 1916 come conseguenza della teoria della relatività generale di Albert Einstein. Il campo gravitazionale di un oggetto enorme curva la geometria locale dell'Universo, quindi i raggi di luce che passano vicino all'oggetto sono piegati (come una "linea retta" sulla superficie della Terra è necessariamente curva a causa della curvatura della superficie terrestre) .
Questo effetto fu osservato per la prima volta dagli astronomi nel 1919 durante un'eclissi solare totale. Misurazioni posizionali accurate delle stelle viste nel cielo scuro vicino al Sole eclissato indicavano un apparente spostamento nella direzione opposta al Sole, circa quanto previsto dalla teoria di Einstein. L'effetto è dovuto all'attrazione gravitazionale dei fotoni stellari quando passano vicino al Sole sulla loro strada verso di noi. Questa era una conferma diretta di un fenomeno completamente nuovo e rappresentava una pietra miliare nella fisica.
Negli anni '30, l'astronomo Fritz Zwicky (1898 - 1974), di nazionalità svizzera e lavorando presso l'Osservatorio del Monte Wilson in California, si rese conto che lo stesso effetto poteva anche verificarsi molto lontano nello spazio in cui le galassie e i grandi ammassi di galassie potevano essere sufficientemente compatti e voluminosi per piegare la luce da oggetti ancora più distanti. Tuttavia, solo cinque decenni dopo, nel 1979, le sue idee furono confermate osservazionalmente quando fu scoperto il primo esempio di un miraggio cosmico (come due immagini dello stesso quasar distante).
I miraggi cosmici sono generalmente visti come immagini multiple di un singolo quasar [2], riflesse da una galassia situata tra il quasar e noi. Il numero e la forma delle immagini del quasar dipendono dalle posizioni relative del quasar, della galassia a lente e di noi. Inoltre, se l'allineamento fosse perfetto, vedremmo anche un'immagine a forma di anello attorno all'obiettivo. Tali "anelli di Einstein" sono però molto rari e sono stati osservati solo in pochissimi casi.
Un altro particolare interesse dell'effetto lente gravitazionale è che può non solo provocare immagini doppie o multiple dello stesso oggetto, ma anche che la luminosità di queste immagini aumenta in modo significativo, proprio come accade con una normale lente ottica. Galassie distanti e ammassi di galassie possono quindi fungere da "telescopi naturali" che ci consentono di osservare oggetti più distanti che altrimenti sarebbero stati troppo deboli per essere rilevati con i telescopi astronomici attualmente disponibili.
Le tecniche di nitidezza delle immagini risolvono meglio il miraggio cosmico
Una nuova lente gravitazionale, denominata RXS J1131-1231, è stata scoperta per caso nel maggio 2002 da Dominique Sluse, allora studente di dottorato presso l'ESO in Cile, mentre ispezionava immagini quasar scattate con il telescopio ESO da 3,6 m all'Osservatorio di La Silla. La scoperta di questo sistema ha beneficiato delle buone condizioni osservative prevalenti al momento delle osservazioni. Da una semplice ispezione visiva di queste immagini, Sluse ha concluso provvisoriamente che il sistema aveva quattro componenti simili a stelle (le immagini quasar con lenti) e una componente diffusa (la galassia con lenti).
A causa della piccolissima separazione tra i componenti, dell'ordine di un secondo d'arco o meno, e dell'inevitabile effetto di "sfocatura" causato dalla turbolenza nell'atmosfera terrestre ("vedere"), gli astronomi hanno utilizzato sofisticati software di nitidezza delle immagini per produrre immagini di risoluzione su cui si potrebbero quindi eseguire precise misurazioni di luminosità e posizione (vedere anche ESO PR 09/97). Questa cosiddetta tecnica di "deconvoluzione" consente di visualizzare molto meglio questo complesso sistema e, in particolare, di confermare e rendere più evidente l'anello di Einstein associato, cfr. Foto PR 20a / 03.
Identificazione della fonte e dell'obiettivo
Il team di astronomi [1] ha quindi utilizzato il New Technology Telescope (NTT) da 3,5 m di ESO a La Silla per ottenere spettri dei singoli componenti dell'immagine di questo sistema di lenti. Questo è imperativo perché, come le impronte digitali umane, gli spettri consentono l'identificazione inequivocabile degli oggetti osservati.
Tuttavia, questo non è un compito facile perché le diverse immagini del miraggio cosmico si trovano molto vicine tra loro nel cielo e sono necessarie le migliori condizioni possibili per ottenere spettri puliti e ben separati. Tuttavia, l'eccellente qualità ottica dell'NTT combinata con condizioni di vista ragionevolmente buone (circa 0,7 secondi d'arco) ha consentito agli astronomi di rilevare le "impronte digitali spettrali" sia della sorgente che dell'oggetto che agiscono come una lente, cfr. Foto ESO PR 20b / 03.
La valutazione degli spettri ha mostrato che la sorgente di sfondo è un quasar con uno spostamento verso il rosso di z = 0,66 [3], corrispondente a una distanza di circa 6.300 milioni di anni luce. La luce di questo quasar è riflessa da un'enorme galassia ellittica con uno spostamento rosso z = 0,3, cioè ad una distanza di 3.500 milioni di anni luce o circa a metà strada tra il quasar e noi. È il quasar a lente gravitazionale più vicino finora conosciuto.
A causa della geometria specifica dell'obiettivo e della posizione della galassia dell'obiettivo, è possibile mostrare che anche la luce della galassia estesa in cui si trova il quasar dovrebbe essere riflessa e diventare visibile come un'immagine a forma di anello. Che questo sia effettivamente il caso è dimostrato da PR Photo 20a / 03 che mostra chiaramente la presenza di un tale "anello di Einstein", che circonda l'immagine della galassia a lente più vicina.
Il micro-obiettivo all'interno del macro-obiettivo?
La particolare configurazione delle singole immagini con lenti osservate in questo sistema ha permesso agli astronomi di produrre un modello dettagliato del sistema. Da ciò, possono quindi fare previsioni sulla luminosità relativa delle varie immagini con obiettivo.
In qualche modo inaspettatamente, hanno scoperto che le luminosità previste delle tre immagini a stella più luminose del quasar non sono in accordo con quelle osservate - una di esse risulta essere di una magnitudine (cioè un fattore 2,5) più luminosa del previsto . Questa previsione non mette in discussione la relatività generale, ma suggerisce che un altro effetto è in atto in questo sistema.
L'ipotesi avanzata dal team è che una delle immagini sia soggetta a "microlensing". Questo effetto ha la stessa natura del miraggio cosmico - si formano immagini multiple amplificate dell'oggetto - ma in questo caso, un'ulteriore deflessione del raggio di luce è causata da una singola stella (o più stelle) all'interno della galassia a lente. Il risultato è che ci sono ulteriori immagini (non risolte) del quasar all'interno di una delle immagini con obiettivo macro.
Il risultato è una "sovra-amplificazione" di questa particolare immagine. Se questo è davvero così sarà presto testato mediante nuove osservazioni di questo sistema di lenti gravitazionali con l'ESO Very Large Telescope (VLT) a Paranal (Cile) e anche con l'osservatorio radio Very Large Array (VLA) nel New Mexico (USA) ).
prospettiva
Fino ad ora sono stati scoperti 62 quasar con immagini multiple, nella maggior parte dei casi che mostrano 2 o 4 immagini dello stesso quasar. La presenza di immagini allungate del quasar e, in particolare, di immagini simili ad anelli viene spesso osservata alle lunghezze d'onda radio. Tuttavia, questo rimane un fenomeno raro nel dominio ottico - fino ad ora solo quattro di questi sistemi sono stati ripresi da telecopi ottici / infrarossi.
Il complesso e relativamente brillante sistema RXS J1131-1231 ora scoperto è un laboratorio astrofisico unico. Le sue rare caratteristiche (ad es. Luminosità, presenza di un'immagine a forma di anello, piccolo spostamento verso il rosso, emissione di raggi X e radio, lenti visibili, ...) ora consentiranno agli astronomi di studiare le proprietà della galassia di lenti, compreso il suo contenuto stellare, struttura e distribuzione di massa in grande dettaglio e per sondare la morfologia della fonte. Questi studi useranno nuove osservazioni che sono attualmente ottenute con il VLT al Paranal, con l'interferometro radiofonico VLA nel New Mexico e con il telescopio spaziale Hubble.
Maggiori informazioni
La ricerca descritta in questo comunicato stampa è presentata in una lettera all'editore, che apparirà presto sulla rivista professionale europea Astronomy & Astrophysics ("Un quasar con quadrupla immagine e un candidato all'anello ottico di Einstein: 1RXS J113155.4-123155", di Dominique Sluse et al.).
Ulteriori informazioni sull'obiettivo gravitazionale e su questo gruppo di ricerca sono disponibili anche all'indirizzo URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Appunti
[1]: il team è composto da Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers e Thodori Nakos (ESO e Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr. d? Ric Courbin, Christophe Jean e Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) e Sergiy Khmil (Osservatorio astronomico dell'Università di Shevchentko).
[2]: I quasar sono galassie particolarmente attive, i cui centri emettono prodigiose quantità di energia e particelle energetiche. Si ritiene che al loro centro vi sia un enorme buco nero e che l'energia venga prodotta quando la materia circostante cade in questo buco nero. Questo tipo di oggetto fu scoperto per la prima volta nel 1963 dall'astronomo olandese-americano Maarten Schmidt al Palomar Observatory (California, USA) e il nome si riferisce al loro aspetto "a stella" sulle immagini ottenute in quel momento.
[3]: In astronomia, il "redshift" indica la frazione con cui le linee nello spettro di un oggetto vengono spostate verso lunghezze d'onda più lunghe. Poiché lo spostamento verso il rosso di un oggetto cosmologico aumenta con la distanza, lo spostamento verso il rosso osservato di una galassia remota fornisce anche una stima della sua distanza.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
