עדשת הכבידה של טבעת איינשטיין: SDSS J163028.15 + 452036.2. קרדיט תמונה: האבל. לחץ להגדלה
כאשר אלברט איינשטיין פיתח את תורת היחסות הכללית שלו לפני כמעט מאה שנה, הוא הציע ששדה הכבידה מחפצים מאסיביים יכול לעוות דרמטית את החלל ולהטות את האור.
האשליה האופטית הנוצרת כתוצאה מאפקט זה נקראת עדשת כבידה. זה המקבילה של הטבע לזה שיש עדשות מגדלת ענק בחלל המעוותת ומגבירה את האור של עצמים רחוקים יותר. איינשטיין תיאר עדשות כבידה בעיתון שפורסם בשנת 1936. אבל הוא חשב שההשפעה בלתי ניתנת לצפייה מכיוון שהעיוותים האופטיים המיוצרים על ידי כוכבי החזית המעטים את החלל יהיו קטנים מכדי שיהיה ניתן למדידה אי פעם על ידי הטלסקופים הגדולים של זמנו.
כעת, כמעט מאה שנה מאוחר יותר, שילבו אסטרונומים שני נכסים אסטרונומיים רבי עוצמה, סקר השמיים הדיגיטליים Sloan (SDSS) וטלסקופ החלל האבל של נאס"א, כדי לזהות 19 גלקסיות "עדשות כבידתיות" חדשות, והוסיפו באופן משמעותי למאה עדשות הכבידה שהיו ידועות בעבר. מבין 19 אלה, הם מצאו שמונה מה שנקרא "טבעות אינשטיין", שהם אולי הביטוי האלגנטי ביותר של תופעת העדשות. רק שלוש טבעות כאלה נראו בעבר באור נראה.
בעדשות כבידה ניתן להטות אור מגלקסיות רחוקות בדרכו לכדור הארץ על ידי שדה הכבידה של כל עצם מסיבי שנמצא בדרך. בגלל זה אנו רואים את הגלקסיה מעוותת לקשת או לתמונות מרובות נפרדות. כששתי הגלקסיות עומדות בשורה מדויקת, האור יוצר תבנית של עין שור, המכונה טבעת איינשטיין, סביב גלקסיית החזית.
העדשות שזה עתה התגלו מגיעות מפרויקט מתמשך שנקרא "Sloan Lens ACS Survey" (SLACS). צוות אסטרונומים, בראשות אדם בולטון מהמרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה בקיימברידג ', מס., וליאון קופמנס מהמכון האסטרונומי קפטיין בהולנד, בחרו את עדשות המועמד מבין כמה מאות אלפי ספקטרים אופטיים של גלקסיות אליפטיות ב סקר השמיים הדיגיטלי של Sloan. לאחר מכן הם השתמשו בעיניים החדות של המצלמה המתקדמת של האבל עבור סקרים כדי לאשר את האישור.
"הסולם העצום של ה- SDSS, יחד עם איכות ההדמיה של טלסקופ האבל, פתחו את ההזדמנות חסרת התקדים הזו לגילוי עדשות כבידה חדשות", הסביר בולטון. "הצלחנו לזהות את זו מכל 1,000 גלקסיות שמראות סימנים אלה של עדשת כבידה של גלקסיה אחרת."
צוות SLACS סרק את הספקטרום של כ -200,000 גלקסיות במרחק 2 עד 4 מיליארד שנות אור. הצוות חיפש עדויות ברורות לפליטה מגלקסיות כפליים מכדור הארץ ומיד מאחורי הגלקסיות הקרובות יותר. לאחר מכן הם השתמשו במצלמה המתקדמת של האבל לסקרים כדי להצמיד תמונות של 28 מגלקסיות העדשות המועמדות הללו. על ידי לימוד הקשתות והטבעות המיוצרים על ידי 19 מהמועמדים הללו, האסטרונומים יכולים למדוד במדויק את מסת גלקסיות החזית.
מלבד ייצור צורות משונות, עדשת הכבידה מעניקה לאסטרונומים את הגישה הישירה ביותר להתפלגות החומר האפל בגלקסיות אליפטיות. חומר אפל הוא צורה בלתי נראית ואקזוטית של חומר שטרם נצפתה ישירות. אסטרונומים מסיקים את קיומה על ידי מדידת השפעתו הכבידה. חומר אפל חודר בתוך הגלקסיות ומהווה את מרבית המסה הכוללת של היקום. על ידי חיפוש אחר חומר אפל בגלקסיות, אסטרונומים מקווים לקבל תובנה לגבי היווצרות הגלקסיות, שבוודאי החלו סביב ריכוזים גושיים של חומר אפל ביקום המוקדם.
"התוצאות שלנו מצביעות על כך שבממוצע, לגלקסיות העדשות האליפטיות הללו יש אותו מבנה צפיפות מסתית מיוחד זהה לזה שנצפה בגלקסיות הספירליות," המשיך בולטון. "זה תואם לעלייה בשיעור החומר האפל ביחס לכוכבים כאשר מתרחקים ממרכז גלקסיית העדשות ולתבואותיה הכבושים יותר. ומכיוון שג'לקסיות עדשות אלה בהירות יחסית, אנו יכולים לחזק את התוצאה עם תצפיות ספקטרוסקופיות נוספות על הקרקע על תנועות הכוכבים בעדשות. "
ד"ר קופמנס הוסיף כי "היכולת לחקור עדשות כבידה אלה ואחרות עוד כמה זמן במיליארד שנים מאפשרת לנו לראות ישירות אם התפלגות המסה האפלה [הבלתי נראית] ומשתנה גלוי עם הזמן הקוסמי. "בעזרת מידע זה אנו יכולים לבדוק את הרעיון המקובל שגלקסיות נוצרות מהתנגשות וממיזוג של גלקסיות קטנות יותר."
סקר השמיים הדיגיטליים Sloan, ממנו נבחרה מדגם מועמד העדשות SLACS, החל בשנת 1998 באמצעות טלסקופ מבוסס קרקע המותאם אישית למדידת הצבעים והבהירות של יותר ממאה מיליון חפצים ברבע השמיים והמפה. המרחקים למיליון גלקסיות וקוואזרים. "סוג זה של סקר עדשות כבידה לא היה יעד מקורי של ה- SDSS, אלא התאפשר בזכות האיכות המצוינת של נתוני ה- SDSS," אמר סקוט בורלס ממכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בקיימברידג ', מס', חבר צוות SLACS. ואחד מיוצרי ה- SDSS.
"צוות בונוס נוסף בגודל הגדול של מסד הנתונים של SDSS הוא שנוכל לעצב את קריטריוני החיפוש שלנו כדי למצוא את העדשות המתאימות ביותר ליעדי מדע ספציפיים," אמר חבר צוות SLACS, טמאסו טרו מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה. . ואילו עד כה בחרנו בגלקסיות הגדולות כמטרותינו, בשלבים הבאים של הסקר אנו מכוונים לגלקסיות עדשות קטנות יותר. היו הצעות שמבנה הגלקסיות משתנה עם גודל הגלקסיה. על ידי זיהוי האובייקטים הנדירים האלה 'לפי דרישה', נוכל בקרוב לראשונה לבדוק אם זה נכון. "
חבר צוות הצוות של SLACS, ליאונידס מוסטאקאס, ממעבדת ההנעה סילונית של נאס"א והמכון הטכנולוגי בקליפורניה בפסדנה, קליף: "טבעות איינשטיין מעניקות גם תצוגה מוגדלת ללא תחרות של גלקסיות העדשות ומאפשרות לנו ללמוד את הכוכבים ואת היסטוריות ההיווצרות של הגלקסיות הרחוקות האלה. "
סקר SLACS נמשך, ועד כה הצוות השתמש בהאבל כדי ללמוד כמעט 50 מגלקסיות העדשות המועמדות שלהם. הסכום הסופי צפוי להיות יותר ממאה, עם הרבה עדשות חדשות ביניהן. הממצאים הראשונים של הסקר יופיעו בגיליון פברואר 2006 של כתב העת Astrophysical ובשני מאמרים נוספים שהוגשו ליומן.
המקור המקורי: מהדורת חדשות Hubblesite
