Астрономам впервые удалось увидеть квазар-гравитационную линзу

Физики заполучили новый класс природных инструментов, которые позволят человечеству заглянуть во Вселенную еще дальше. Кроме того, теперь есть способ довольно точно «взвешивать» черные дыры, которые работают гравитационныим линзами.

Группа американских и швейцарских астрономов совершила открытие, которое расширило представления ученых об одном из самых перспективных ныне научных направлений в астрофизике — гравитационном линзировании. Оказалось, что далекие квазары, свет от которых иногда искажался из-за попадавшихся на пути галактик, сами могут служить гравитационными линзами. Квазары — активные галактические ядра — благодаря своей яркости остаются одними из самых далеких наблюдаемых астрономами объектов. В силу этого именно на квазарах, чей свет по пути к Земле встречал другие галактики, астрономам нередко приходилось наблюдать эффект гравитационных линз. Однако телескопы, проникая дальше в космос, видят все более молодые галактики, центральные черные дыры которых еще не достигли массы, необходимой для активной аккреции вещества.

Поэтому вполне логично, что и квазары могут стать гравитационными линзами.

Именно так рассуждали астрономы из Калифорнийского технологического университета и Федеральной политехнической школы в Лозанне, решив узнать, существуют ли квазары-линзы.

Поиски гравилинзы

Красное смещение

Космическая рулетка
Самые большие расстояния во Вселенной астрономы измеряют с помощью величины красного смещения, z — оно показывает, во сколько раз увеличился наш мир за время путешествия света.
z = 0 соответствует здесь и сегодня, а если z равно, скажем, трем, свет был испущен, когда Вселенная была в z + 1, то есть в четыре раза меньше. Сколько это в световых годах, зависит от истории расширения Вселенной.

Чтобы найти предполагаемую линзу, ученые исследовали спектры более 23 тыс. известных квазаров из Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS) с красным смещением меньше 0,7. Если прежние наблюдения и не могли разрешить в изображении квазаров возможные оптические аномалии, считали ученые, то искаженные ими галактики непременно оставили бы в их спектре свои следы. Причем эти следы, представляющие линии отдельных элементов в спектре одного и того же квазара, должны «затесаться» с одного и того же красного смещения z.

Решение этой задачи оказалось тем нередким случаем, когда астрономическое открытие сделала машина. Из тысяч спектров программа выделила 14 квазаров, в спектрах которых присутствовали характерные эмиссионные линии, привнесенные объектом на одном и том же красном смещении. Одним из них оказался объект SDSS J0013 + 1523, находящийся от Земли на расстоянии 1,6 млрд световых лет (z = 0,12). Оказалось, что в его спектре успела наследить линиями водорода и кислорода далекая эмиссионная галактика, находящаяся в пять раз дальше (z = 0,64). Проверить квазар на принадлежность к линзам оказалось делом техники. Наблюдая за ним на телескопе имени Кека на Гавайях, астрономы разглядели в пределах двух угловых секунд от квазара два изображения искомой эмиссионной галактики.

«Это все равно что глядеть на фары автомобиля и пытаться разглядеть цвет их крепления», — проиллюстрировал Infox.ru точность наблюдений Фредерик Курбен, автор исследования.

Линза даст себя взвесить

Важность открытия ученых состоит в том, что отныне астрономы получили важный инструмент, позволяющий измерять массу квазаров. Ведь то, как свет огибает массивный объект, определяется распределением массы внутри гравитирующей области. А одиночный квазар может светить в тысячи раз сильнее, чем миллиарды звезд в его галактике, что делает ее изучение чрезвычайно трудным. «Квазары — бесценные измерители образования и эволюции галактик. Обнаружение подобных эффектов позволит нам лучше понять связь между квазарами и галактиками, в которых они находятся», — пояснил профессор астрономии Джордж Джорговский, лидер команды Калтеха.

Работа астрономов опубликована в Astronomy & Astrophysics.