Crédito de imagen: ESO
Los astrónomos del Observatorio Europeo Austral han encontrado una lente gravitacional de "anillo de Einstein" muy rara, donde la luz de un cuásar distante se deforma y se magnifica por la gravedad de una galaxia más cercana. Los dos objetos están tan alineados que la imagen del cuásar forma un anillo alrededor de la galaxia desde nuestro punto de vista aquí en la Tierra. Con mediciones cuidadosas, el equipo pudo determinar que el cuásar está a 6,3 mil millones de años luz de distancia, y la galaxia está a solo 3,5 mil millones de años luz de distancia, lo que la convierte en la lente gravitacional más cercana jamás descubierta.
Utilizando el telescopio de 3,6 m de ESO en La Silla (Chile), un equipo internacional de astrónomos [1] descubrió un complejo espejismo cósmico en la constelación del sur del Cráter (La Copa). Este sistema de "lente gravitacional" consta de (al menos) cuatro imágenes del mismo quásar, así como una imagen en forma de anillo de la galaxia en la que reside el cuásar, conocido como "anillo de Einstein". La galaxia de lentes más cercana que causa esta intrigante ilusión óptica también es muy visible.
El equipo obtuvo espectros de estos objetos con la nueva cámara EMMI montada en el Telescopio de Nueva Tecnología (NTT) de 3.5 m de ESO, también en el observatorio La Silla. Encuentran que el cuásar con lente [2] está ubicado a una distancia de 6,300 millones de años luz (su "desplazamiento al rojo" es z = 0,66 [3]) mientras que la galaxia elíptica con lente está a medio camino entre el cuásar y nosotros, a una distancia de 3,500 millones de años luz (z = 0.3).
El sistema ha sido designado RXS J1131-1231: es el cuásar con lente gravitacional más cercano descubierto hasta ahora.
Espejismos cósmicos
El principio físico detrás de una "lente gravitacional" (también conocido como "espejismo cósmico") se conoce desde 1916 como consecuencia de la Teoría de la relatividad general de Albert Einstein. El campo gravitacional de un objeto masivo curva la geometría local del Universo, por lo que los rayos de luz que pasan cerca del objeto se doblan (como una "línea recta" en la superficie de la Tierra está necesariamente curvada debido a la curvatura de la superficie de la Tierra) .
Este efecto fue observado por primera vez por los astrónomos en 1919 durante un eclipse solar total. Las mediciones posicionales precisas de las estrellas vistas en el cielo oscuro cerca del Sol eclipsado indicaron un desplazamiento aparente en la dirección opuesta al Sol, casi tanto como lo predice la teoría de Einstein. El efecto se debe a la atracción gravitacional de los fotones estelares cuando pasan cerca del Sol en su camino hacia nosotros. Esta fue una confirmación directa de un fenómeno completamente nuevo y representó un hito en la física.
En la década de 1930, el astrónomo Fritz Zwicky (1898 - 1974), de nacionalidad suiza y que trabajaba en el Observatorio Mount Wilson en California, se dio cuenta de que el mismo efecto también puede suceder en el espacio donde las galaxias y los grandes cúmulos de galaxias pueden ser lo suficientemente compactos y masivos. doblar la luz de objetos aún más distantes. Sin embargo, solo cinco décadas después, en 1979, sus ideas fueron confirmadas por observación cuando se descubrió el primer ejemplo de espejismo cósmico (como dos imágenes del mismo cuásar distante).
Los espejismos cósmicos generalmente se ven como imágenes múltiples de un solo cuásar [2], con lente de una galaxia ubicada entre el cuásar y nosotros. El número y la forma de las imágenes del cuásar dependen de las posiciones relativas del cuásar, la lente de la galaxia y nosotros. Además, si la alineación fuera perfecta, también veríamos una imagen en forma de anillo alrededor del objeto de la lente. Sin embargo, estos "anillos de Einstein" son muy raros y solo se han observado en muy pocos casos.
Otro interés particular del efecto de lente gravitacional es que no solo puede generar imágenes dobles o múltiples del mismo objeto, sino también que el brillo de estas imágenes aumenta significativamente, tal como sucede con una lente óptica ordinaria. Las galaxias distantes y los cúmulos de galaxias pueden actuar como "telescopios naturales" que nos permiten observar objetos más distantes que de otro modo habrían sido demasiado débiles para ser detectados con los telescopios astronómicos disponibles actualmente.
Las técnicas de nitidez de imagen resuelven mejor el espejismo cósmico
Una nueva lente gravitacional, designada RXS J1131-1231, fue descubierta por casualidad en mayo de 2002 por Dominique Sluse, entonces estudiante de doctorado en ESO en Chile, mientras inspeccionaba imágenes de cuásar tomadas con el telescopio ESO de 3,6 m en el Observatorio La Silla. El descubrimiento de este sistema se benefició de las buenas condiciones de observación que prevalecían en el momento de las observaciones. A partir de una simple inspección visual de estas imágenes, Sluse concluyó provisionalmente que el sistema tenía cuatro componentes en forma de estrella (las imágenes del cuásar con lente) y un componente difuso (la galaxia con lente).
Debido a la muy pequeña separación entre los componentes, del orden de un segundo de arco o menos, y al inevitable efecto de "desenfoque" causado por la turbulencia en la atmósfera terrestre ("ver"), los astrónomos utilizaron sofisticados programas de nitidez de imagen para producir más imágenes de resolución en las que se podrían realizar mediciones precisas de brillo y posición (ver también ESO PR 09/97). Esta técnica llamada "deconvolución" permite visualizar este sistema complejo mucho mejor y, en particular, confirmar y hacer más visible el anillo de Einstein asociado, cf. Foto PR 20a / 03.
Identificación de la fuente y de la lente.
El equipo de astrónomos [1] luego utilizó el Telescopio de Nueva Tecnología (NTT) ESO de 3.5 m en La Silla para obtener espectros de los componentes de imagen individuales de este sistema de lentes. Esto es imprescindible porque, al igual que las huellas digitales humanas, los espectros permiten una identificación inequívoca de los objetos observados.
Sin embargo, esta no es una tarea fácil porque las diferentes imágenes del espejismo cósmico se encuentran muy cerca unas de otras en el cielo y se necesitan las mejores condiciones posibles para obtener espectros limpios y bien separados. Sin embargo, la excelente calidad óptica del NTT combinada con condiciones de visión razonablemente buenas (aproximadamente 0,7 segundos de arco) permitió a los astrónomos detectar las "huellas digitales espectrales" tanto de la fuente como del objeto que actúa como lente, cf. Foto ESO PR 20b / 03.
La evaluación de los espectros mostró que la fuente de fondo es un cuásar con un desplazamiento al rojo de z = 0,66 [3], que corresponde a una distancia de unos 6.300 millones de años luz. La luz de este cuásar es captada por una galaxia elíptica masiva con un desplazamiento al rojo z = 0.3, es decir, a una distancia de 3,500 millones de años luz o aproximadamente a medio camino entre el cuásar y nosotros. Es el cuásar con lente gravitacional más cercano conocido hasta la fecha.
Debido a la geometría específica de la lente y la posición de la galaxia de la lente, es posible mostrar que la luz de la galaxia extendida en la que se encuentra el cuásar también debe ser lente y hacerse visible como una imagen en forma de anillo. PR Photo 20a / 03 demuestra que este es realmente el caso, que muestra claramente la presencia de tal "anillo de Einstein", que rodea la imagen de la galaxia de lentes más cercana.
Micro lente dentro de macro lente?
La configuración particular de las imágenes con lentes individuales observadas en este sistema ha permitido a los astrónomos producir un modelo detallado del sistema. A partir de esto, pueden hacer predicciones sobre el brillo relativo de las diversas imágenes con lentes.
De manera algo inesperada, descubrieron que los brillos pronosticados de las tres imágenes más brillantes del quásar en forma de estrella no están de acuerdo con las observadas: una de ellas resulta ser de una magnitud (es decir, un factor de 2.5) más brillante de lo esperado . Esta predicción no cuestiona la relatividad general, pero sugiere que otro efecto está funcionando en este sistema.
La hipótesis presentada por el equipo es que una de las imágenes está sujeta a "microlente". Este efecto es de la misma naturaleza que el espejismo cósmico: se forman múltiples imágenes amplificadas del objeto, pero en este caso, la desviación adicional de los rayos de luz es causada por una sola estrella (o varias estrellas) dentro de la galaxia de la lente. El resultado es que hay imágenes adicionales (no resueltas) del cuásar dentro de una de las imágenes con lentes macro.
El resultado es una "sobreamplificación" de esta imagen en particular. Si esto es realmente así, pronto se probará por medio de nuevas observaciones de este sistema de lentes gravitacionales con el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Paranal (Chile) y también con el observatorio de radio Very Large Array (VLA) en Nuevo México (EE. UU.) )
panorama
Hasta ahora, se han descubierto 62 cuásares de imágenes múltiples, que en la mayoría de los casos muestran 2 o 4 imágenes del mismo cuásar. La presencia de imágenes alargadas del cuásar y, en particular, de imágenes en forma de anillo a menudo se observa en las longitudes de onda de radio. Sin embargo, esto sigue siendo un fenómeno raro en el dominio óptico: solo cuatro de estos sistemas han sido fotografiados por telecopios ópticos / infrarrojos hasta ahora.
El complejo y relativamente brillante sistema RXS J1131-1231 ahora descubierto es un laboratorio astrofísico único. Sus características raras (p. Ej., Brillo, presencia de una imagen en forma de anillo, pequeño desplazamiento al rojo, rayos X y emisión de radio, lentes visibles, ...) ahora permitirán a los astrónomos estudiar las propiedades de la galaxia de lentes, incluido su contenido estelar, estructura y distribución de masa en gran detalle, y para sondear la morfología fuente. Estos estudios utilizarán nuevas observaciones que se están obteniendo actualmente con el VLT en Paranal, con el radio interferómetro VLA en Nuevo México y con el telescopio espacial Hubble.
Más información
La investigación descrita en este comunicado de prensa se presenta en una Carta al Editor, que pronto aparecerá en la revista profesional europea Astronomy & Astrophysics ("Un cuásar con imágenes cuádruples con un candidato óptico del anillo de Einstein: 1RXS J113155.4-123155", por Dominique Sluse y cols.).
También puede encontrar más información sobre lentes gravitacionales y sobre este grupo de investigación en la URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Notas
[1]: El equipo está formado por Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers y Thodori Nakos (ESO e Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , El Padre Courbin, Christophe Jean y Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) y Sergiy Khmil (Observatorio Astronómico de la Universidad de Shevchentko).
[2]: Los cuásares son galaxias particularmente activas, cuyos centros emiten cantidades prodigiosas de energía y partículas energéticas. Se cree que albergan un agujero negro masivo en su centro y que la energía se produce cuando la materia circundante cae en este agujero negro. Este tipo de objeto fue descubierto por primera vez en 1963 por el astrónomo holandés-estadounidense Maarten Schmidt en el Observatorio Palomar (California, EE. UU.) Y el nombre se refiere a su apariencia "similar a una estrella" en las imágenes obtenidas en ese momento.
[3]: En astronomía, el "desplazamiento al rojo" denota la fracción por la cual las líneas en el espectro de un objeto se desplazan hacia longitudes de onda más largas. Como el desplazamiento al rojo de un objeto cosmológico aumenta con la distancia, el desplazamiento al rojo observado en una galaxia remota también proporciona una estimación de su distancia.
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
