Kuvan luotto: Hubble
Spiraaligalaksi PGC 69457 sijaitsee lähellä syystähtikuvioiden Pegasuksen ja Vesimiehen rajaa noin 3 astetta etelään kolmannesta magnitudista Theta Pegasista – mutta älä kaiva esiin sitä 60 mm:n refraktoria etsiäksesi sitä. Galaksi on itse asiassa noin 400 miljoonan valovuoden päässä ja sen näennäinen kirkkaus on magnitudi 14,5. Joten ensi syksynä voi olla hyvä aika ottaa yhteyttä tuohon 'astropähkinä' ystäväsi kanssa, joka on aina matkalla kohti auringonlaskua päästäkseen kauas kaupungin valoista isommalla, paljon suuremmalla amatöörisoittimella...
Mutta taivaalla on paljon 14. magnitudin galakseja – mikä tekee PGC 69457:stä niin erityisen?
Ensinnäkin useimmat galaksit eivät 'estä' näkymää vielä kauempana olevaan kvasaariin (QSO2237+0305). Ja jos muita olisi olemassa, harvalla on juuri oikea suuritiheyksisten kappaleiden jakautuminen, joka tarvitaan valon 'taivuttamiseksi' siten, että muuten näkymätön esine on näkyvissä. PGC 69457:llä saat ei yhden – vaan neljä – erillistä 17. magnitudin näkymää samasta kvasaarista yhden 20 tuuman ristikkoputken dobsonian asettamista varten. Onko se sen arvoista? (Voitko sanoa 'neljännistä havaintoilonne'?)
Mutta tällaisen näkemyksen takana oleva ilmiö on ammattitähtitieteilijöille vielä mielenkiintoisempi. Mitä voimme oppia tällaisesta ainutlaatuisesta vaikutuksesta?
Teoria on jo vakiintunut – Albert Einstein ennusti sen 'Yleisessä suhteellisuusteoriassaan' vuodelta 1915. Einsteinin ydinajatuksena oli, että kiihtyvyydessä oleva havainnoija ja yksi paikallaan oleva gravitaatiokentässä eivät pystyneet erottamaan näiden kahden välillä 'painoaan' ”. Tutkimalla tätä ideaa täysillä, kävi selväksi, että ei vain aine, vaan myös valo (huolimatta siitä, että se on massatonta) käy läpi samanlaista sekaannusta. Tästä johtuen gravitaatiokenttää kulmassa lähestyvä valo 'kiihtyy' painovoiman lähdettä kohti - mutta koska valon nopeus on vakio, kiihtyvyys vaikuttaa vain valon reittiin ja aallonpituuteen, ei sen todelliseen nopeuteen.
Itse gravitaatiolinssi havaittiin ensimmäisen kerran vuoden 1919 täydellisen auringonpimennyksen aikana. Tämä nähtiin valokuvien levyille tallennetun tähtien sijainnin pienenä muutoksena lähellä Auringon koronaa. Tämän havainnon ansiosta tiedämme nyt, että et tarvitse linssiä taivuttaaksesi valoa – tai edes vettä taittaaksesi kuvan niistä koeista, jotka ui lammikossa. Valon kaltainen aine kulkee pienimmän vastuksen polkua ja se tarkoittaa avaruuden gravitaatiokäyrän sekä linssin optisen käyrän seuraamista. QSO2237+0305:n valo tekee vain sen, mikä tulee luonnostaan, surffaamalla 'avaruus-ajan' ääriviivoja kaarevien tiheiden tähtien ympärillä, jotka sijaitsevat kaukaisesta lähteestä viereisen galaksin läpi. Todella mielenkiintoinen asia Einsteinin ristissä johtuu siitä, mitä se kertoo meille kaikista mukana olevista massoista – niistä galaksista, joka taittaa valoa, ja Big Onesta, joka on sen lähtevän kvasaarin sydämessä.
Korealainen astrofyysikko Dong-Wook Lee (et al) Sejongin yliopistosta yhdessä belgialaisen astrofyysikon J. Surdezin (et al) kanssa Liegen yliopistosta löysi tutkimuksessaan 'Einstein Crossin mikrolinssivalokäyrien rekonstruointi' todisteita Quasar QSO2237+0305 mustaa aukkoa ympäröivä akkreettilevy. Miten tällainen on mahdollista näillä etäisyyksillä?
PGC 69457:n linssit yleensä 'keräävät ja tarkentavat valoa' ja 'gravitaatiolinssit' (Lee vähintään viisi pienimassaista mutta erittäin kondensoitua kappaletta) tekevät samoin. Tällä tavalla kvasaarista tuleva valo, joka normaalisti kulkee kaukana instrumenteistamme, 'kiertyy' galaksin ympärille tullakseen meitä kohti. Tämän vuoksi 'näemme' 100 000 kertaa enemmän yksityiskohtia kuin muuten olisi mahdollista. Mutta siinä on saalis: Huolimatta 100 000 kertaa suuremmasta resoluutiosta, näemme silti vain valoa, emme yksityiskohtia. Ja koska galaksissa on useita valoa taittavia massoja, näemme kvasaarista useamman kuin yhden kuvan.
Saadaksesi hyödyllistä tietoa kvasaarista, sinun on kerättävä valoa pitkien ajanjaksojen ajan (kuukausista vuosiin) ja käytettävä erityisiä analyyttisiä algoritmeja tulostietojen keräämiseen. Leen ja kumppanien käyttämä menetelmä on nimeltään LOHCAM (LOcal Hae CAustic Modeling). (HAE itsessään on lyhenne sanoista High Amplification Events). Käyttäen LOHCAM:ia ja OGLE:ltä (Optical Gravitational Lensing Experiment) ja GLIPT:ltä (Gravitational Lens International Time Project) saatavilla olevia tietoja, tiimi päätti, että LOHCAM ei toimi vain toivotulla tavalla, vaan että QSO2237+0305 saattaa sisältää havaittavan accretion levyn (jolta se ammentaa ainetta). käyttääkseen sen kevyttä moottoria). Ryhmä on myös määrittänyt kvasaarien mustan aukon likimääräisen massan, siitä säteilevän ultraviolettialueen koon ja arvioinut mustan aukon poikittaisliikkeen sen liikkuessa suhteessa spiraaligalaksiin.
Quasar QSO2237+0305:n keskeisen mustan aukon yhteismassan uskotaan olevan 1,5 miljardia aurinkoa – arvo kilpailee kaikkien aikojen suurimpien keskusmustien aukkojen kanssa. Tällainen massaluku edustaa yhtä prosenttia oman Linnunrata-galaksimme tähtien kokonaismäärästä. Vertailun vuoksi QSO2237+0305:n musta aukko on noin 50 kertaa massiivisempi kuin oman galaksimme keskellä.
Kvasaarin valoisuuden 'kaksoishuippujen' perusteella Lee ym. käyttivät LOHCAM:ia määrittääkseen myös QSO2237+0305:n akkretiolevyn koon, sen suunnan ja havaitsivat keskellä olevan hämärtymisalueen itse mustan aukon ympäriltä. Itse levy on halkaisijaltaan noin 1/3 valovuodesta ja se on käännetty kasvot kohti meitä.
vaikuttunut? Lisätäänpä myös, että tiimi on määrittänyt linssigalaksissa löydettyjen mikrolinssien ja niihin liittyvien massojen vähimmäismäärän. Otetusta poikittaisnopeudesta riippuen (LOHCAM-mallinnus) pienin vaihteluväli kaasujättiläisen – kuten planeetan Jupiter – nopeudesta oman aurinkomme välillä.
Joten miten tämä 'reikä' toimii?
OGLE- ja GLIPT-projektit tarkkailivat muutoksia meille virtaavan visuaalisen valon voimakkuudessa jokaisesta kvasaarin neljästä 17. magnitudin näkymästä. Koska useimmat kvasaarit ovat ratkaisemattomia niiden suurten etäisyyksien vuoksi avaruudessa, kaukoputken avulla. Valonvaihtelut nähdään vain yhtenä tietopisteenä, joka perustuu koko kvasaarin kirkkauteen. QSO2237+0305 esittää kuitenkin neljä kuvaa kvasaarista ja jokainen kuva korostaa valoisuutta, joka on peräisin kvasaarin eri näkökulmasta. Tarkkailemalla teleskooppisesti kaikkia neljää kuvaa samanaikaisesti, voidaan havaita ja tallentaa pieniä vaihteluita kuvan voimakkuudessa suuruuden, päivämäärän ja ajan suhteen. Useiden kuukausien tai vuosien aikana voi tapahtua huomattava määrä tällaisia 'korkean vahvistuksen tapahtumia'. Niiden esiintymisestä (17. magnitudin näkymästä toiseen) syntyvät kuviot voidaan sitten analysoida liikkeen ja intensiteetin osoittamiseksi. Tästä on mahdollista saada erittäin korkearesoluutioinen näkymä normaalisti näkymättömästä rakenteesta kvasaarissa.
Voisitko sinä ja ystäväsi tuon 20 tuuman dob-newtonilaisen kanssa tehdä tämän?
Toki – mutta ei ilman erittäin kalliita laitteita ja hyvää hallintaa monimutkaisissa matemaattisissa kuvantamisalgoritmeissa. Mukava paikka aloittaa voi kuitenkin olla yksinkertaisesti katsella galaksia ja roikkua ristin kanssa jonkin aikaa…
Käsikirjoitus: Jeff Barbour
