Znamy wiele przykładów galaktyk zachowujących się jak soczewki grawitacyjne. Wytwarzają złożone obrazy odległych obiektów, takich jak jasne kwazary skryte za nimi. Napotykaliśmy jednak pewien uporczywy problem – teoria Einsteina przewiduje nieparzystą liczbę obrazów uzyskiwanych z soczewek grawitacyjnych, my zaś obserwowaliśmy dwa albo cztery.
Astronom Joshua Winn z Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) oraz dwóch starych przyjaciół David Rusin (University of Pensylvania) i Christopher Kochanek (Ohio University) zidentyfikowali niedawno trzeci, centralny obraz soczewkowy kwazara.
Obserwacje radiowe układu znanego pod nazwą PMN J1632-0033 w gwiazdozbiorze Wężownika (Ophiuchus) ujawniły nam słaby obraz, który może zostać wykorzystany do odkrywania właściwości soczewkujących galaktyk oraz masywnych czarnych dziur, znajdujących się przypuszczalnie w ich centrach.
„Odnajdywanie tego centralnego obrazu jest zajmującym samo w sobie, ale jeszcze ciekawsze i ważniejsze jest to, co możemy odkryć za jego pomocą w soczewkującej galaktyce. Otrzymaliśmy nowe narzędzie do studiowania tak odległych obiektów, przy których nawet teleskop Hubble’a pokazuje same niewyraźne smugi” – powiedział Winn.
Kwazary są niesamowicie odległymi, jasnymi obiektami. Wierzymy, że są zasilane pośrednio przez czarne dziury. Wykorzystują grawitacyjną energię materii zapadającej się w czarnych dziurach, do wytworzenia światła widzialnego oraz innych rodzajów promieniowania, takich jak fale radiowe.
W soczewkowaniu grawitacyjnym, promienie świetlne wysyłane przez kwazar, przechodząc niedaleko galaktyki, uginają się w jej polu grawitacyjnym, niczym wpadające w szklaną soczewkę promienie świetlne. Im gęstsze, bardziej skupione centrum galaktyczne i im silniejsze pole grawitacyjne, tym słabszy okaże się centralny obraz. Pomimo tego ów centralny obraz, którego światło przechodzi najbliżej środka soczewkującej galaktyki, może nam dużo powiedzieć o jej jądrze. Ta możliwość sprawia, że szukanie centralnych obrazów staje się atrakcyjne.
W układzie PMN J1632-0033, wysyłający obficie fale radiowe kwazar o przesunięciu ku czerwieni z=3,42 (odległość około 11,5 mld lat świetlnych) jest soczewkowany przez eliptyczną galaktykę z przesunięciem ku czerwieni z=1 (około 8 miliardów lat świetlnych drogi). Dwa obrazy kwazara były znane wcześniej, zaś trzeci, bardzo słaby obraz radiowy podejrzewano o bycie tym centralnym. Jednakże to trzeci obraz był najbardziej istotny ze względu na swoje położenie.
Obserwując widmo radiowe wszystkich trzech obrazów przy pomocy National Science Foundation’s Very Large Array and Very Long Baseline Array, Winn ze swoimi kolegami odnaleźli nieodparte dowody no to, że trzecie źródło jest faktycznie obrazem centralnym kwazara. Jego widmo jest zasadniczo identyczne z pozostałymi, z wyjątkiem niskich częstotliwości, w których część energii została zaabsorbowana przez soczewkującą galaktykę.
Geometria i inne właściwości wszystkich trzech obrazów już mówią nam wiele o jądrze galaktyki. Wiemy, że czarna dziura w jej centrum waży ponad 200 mln mas Słońca. Również, jej gęstość powierzchniowa (szacowana ilość materii na powierzchnię nieba) w miejscu obrazu centralnego przekracza 20 tysięcy mas słonecznych na parsek kwadratowy. Dla porównania analogiczna gęstość Drogi Mlecznej w okolicy Słońca wynosi około 50 mas słonecznych na parsek kwadratowy. Oba obliczenia zgadzają się z przewidywaniami opartymi na obserwacjach galaktyk setki razy bliższych Ziemi.
„Prawie cała nasza wiedza o centrach galaktycznych pochodzi z badań nad bliskimi obiektami. Nadzwyczajną możliwością jest móc prowadzić jednocześnie badania nad galaktykami wielce odległymi i naszymi najbliższymi sąsiadami” – powiedział Winn.
Centrala z Cambridge w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics pracuje we współpracy z Simpsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy z CfA pracują w sześciu różnych oddziałach nad początkami, ewolucją i prognozami losu Wszechświata.
