Bildkredit: SDSS
Gravitationslinsning sker när ljuset från ett avlägset föremål, till exempel en kvasar, förvrängs av gravitationen hos ett närmare föremål. Astronomer har upptäckt just en sådan lins, där förvrängningarna är så stora att de måste orsakas av en betydande mängd mörk materia - det synliga materialet ensamt kan inte vara ansvarigt. Mörk materia förutsägs av dess gravitationsinflytande på galaxer och stjärnor i universum, men än så länge är astronomer inte riktigt säkra på vad det är; oavsett om det bara är vanlig materia som är för kall för att ses från jorden, eller någon form av exotisk partikel.
Sloan Digital Sky Survey-forskare har upptäckt en gravitationslinserad kvasar med den största separationen som någonsin registrerats, och, mot förväntningarna, fann de att fyra av de mest avlägsna, mest lysande kvasarerna som är kända inte är gravitationslinsade.
Albert Einsteins teori om allmän relativitet förutspår att gravitationskraften hos en massiv kropp kan fungera som en lins, böja och förvränga ljuset från ett avlägset objekt. En massiv struktur någonstans mellan en avlägsen kvasar och jorden kan 'linsa' ljuset från en kvasar, vilket gör bilden avsevärt ljusare och producerar flera bilder av ett objekt.
I en tidning publicerad i NATURE-tidningen den 18/25 december rapporterar ett Sloan Digital Sky Survey-team (SDSS) under ledning av University of Tokyos doktorander Naohisa Inada och Masamune Oguri att fyra kvasarer i närheten i själva verket är ljuset från en kvasar uppdelad i fyra bilder genom gravitationslinser.
Mer än 80 gravitationslinsförsedda kvasarer har upptäckts sedan det första exemplet hittades 1979. Ett dussin av de katalogiserade linserade kvasarerna är SDSS-upptäckter, varav hälften är resultatet av Inadas och hans teams arbete.
Men det som gör detta senaste fynd så dramatiskt är att separationen mellan de fyra bilderna är dubbelt så stor som den för någon tidigare känd kvasar med gravitationslinser. Fram till upptäckten av denna kvasar med fyrdubbla linser var den största separeringen som är känd i en kvasar med gravitationslinser 7 bågsekunder. Den kvasar som hittades av SDSS-teamet ligger i stjärnbilden Leo Minor; den består av fyra bilder separerade med 14,62 bågsekunder.
För att åstadkomma en så stor separation måste koncentrationen av material som ger upphov till linsen vara särskilt hög. Det finns ett kluster av galaxer i förgrunden av denna gravitationslins; den mörka materien som är associerad med klustret måste vara ansvarig för den oöverträffade stora separationen.
'Ytterligare observationer från Subaru 8,2 meter teleskop och Keck teleskop bekräftade att detta system verkligen är en gravitationslins', förklarar Inada. 'Kvasarer som delas så mycket av gravitationslinser förutspås vara mycket sällsynta och kan därför bara upptäckas i mycket stora undersökningar som SDSS.'
Oguri tillade: 'Att upptäcka en sådan bred gravitationslins av över 30 000 SDSS-kvasarer som hittills undersökts är helt i linje med teoretiska förväntningar på modeller där universum domineras av kall mörk materia. Detta ger ytterligare starka bevis för sådana modeller.' (Kall mörk materia, till skillnad från varm mörk materia, bildar täta klumpar, den typ som orsakar denna typ av gravitationslins.)
'Den gravitationslins vi har upptäckt kommer att ge ett idealiskt laboratorium för att utforska förhållandet mellan synliga föremål och osynlig mörk materia i universum,' förklarade Oguri.
I en andra uppsats som skulle publiceras i Astronomical Journal i mars 2004 använde ett team ledd av Gordon Richards från Princeton University den höga upplösningen av rymdteleskopet Hubble för att undersöka fyra av de mest avlägsna kända kvasarerna som upptäckts av SDSS för tecken på gravitationslinser .
Att titta på stora avstånd inom astronomi är att se tillbaka i tiden. Dessa kvasarer ses vid en tidpunkt då universum var mindre än 10 procent av sin nuvarande ålder. Dessa kvasarer är oerhört lysande och tros drivas av enorma svarta hål med massor som är flera miljarder gånger solens. Forskarna sa att det är ett verkligt mysterium hur så massiva svarta hål kunde ha bildats så tidigt i universum. Men om dessa objekt är gravitationslinsade, skulle SDSS-forskare sluta sig till betydligt mindre ljusstyrkor och därför svarta håls massor, vilket gör det lättare att förklara deras bildning.
'Ju längre en kvasar är, desto mer sannolikt ligger en galax mellan den och betraktaren. Det är därför vi förväntade oss att de mest avlägsna kvasarerna skulle linsas”, förklarade SDSS-forskaren Xiaohui Fan vid University of Arizona. Men tvärtemot förväntningarna visar ingen av de fyra några tecken på flera bilder som är kännetecknet för linsning.
'Bara en liten del av kvasarerna är gravitationslinsade. Så ljusa kvasarer är dock mycket sällsynta i det avlägsna universum. Eftersom linser gör att kvasarer ser ljusare ut och därför lättare att upptäcka, förväntade vi oss att våra avlägsna kvasarer var de som mest sannolikt skulle linsas”, föreslog teammedlem Zoltan Haiman från Columbia University.
'Det faktum att dessa kvasarer inte har linser säger att astronomer måste ta tanken på allvar att kvasarer några miljarder gånger solens massa bildades mindre än en miljard år efter Big Bang', sa Richards. 'Vi letar nu efter fler exempel på kvasarer med hög rödförskjutning i SDSS för att ge teoretiker ännu mer supermassiva svarta hål att förklara.'
Ursprunglig källa: Nyhetsmeddelande från SDSS