A Gaia keresztjei
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrcsillagászat Európában - 2021.04.24 07:15.)

Az ESA asztrometriai űrszondája adatainak feldolgozása során 12 úgynevezett Einstein-keresztet találtak.

Einstein általános relativitáselméletének értelmében a nagy tömegek úgy torzítják maguk körül a téridő szerkezetét, hogy a mellettük elhaladó fénysugár megváltoztatja haladási irányát, elgörbül. Ennek következtében a nagy tömegek hasonló hatást gyakorolnak a fénysugárra, mint a közönséges gyűjtőlencsék, ezért a jelenséget gravitációs lencsének nevezik. Einstein már 1912-ben végzett erre vonatkozó számításokat, majd az általános relativitáselmélet publikálását követően az 1919-es napfogyatkozáskor sikerült megfigyeléssel igazolni a csillagok fényének Nap melletti elhajlását. Az első kvazár ily módon megkettőzött képét 1979-ben fedezték fel, az első megnégyszerezett képet 1985-ben találták. Utóbbiakat nevezik Einstein-keresztnek, ezekből 1985 óta mindössze 50 darabot sikerült felfedezni.

Az ESA asztrometriai űrszondája, a Gaia különösen alkalmas új Einstein-keresztek felfedezésére, mert néhány havonta minden korábbinál pontosan az egész égboltot letapogatja. Az újonnan, a Gaiának köszönhetően felfedezett 12 Einstein-kereszt 25 százalékkal növelte meg az ismert ilyen objektumok számát. A kutatók ehhez a Gaia második adatkibocsátásának adatait gépi tanulással továbbfejlesztett szoftverrel elemezték.

A Gaia adataiban újonnan felfedezett 12 Einstein-kereszt, azaz a gravitációslencse-hatás következtében megnégyszereződött képű kvazár. Minden négyzet oldala 15 ívmásodperc. A legszorosabb keresztnél a képpontok közötti távolság kb. 0,5”. A gravitációs lencsék hatását vizsgáló GraL együttműködés keretében talált, a képen látható Einstein-keresztek jele balról jobbra és felülről lefelé a következő: GraL J024848.7+191331, GraL J060710.8–215217, GraL J060841.4+422937, GraL J065904.1+162909, GraL J081828.3–261325, GraL J113100.0–442000, GraL J153725.3–301017, GraL J165105.3–041725, GraL J181730.8+272940, GraL J201749.1+620443, GraL J203802.7–400814, GraL J210329.0–085049. (Kép: The GraL Collaboration)

Mivel a Gaia spektrofotometriai méréseinek eredményét még nem hozták nyilvánosságra, a fotometriai adatokat a NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) infravörös űrtávcsövének adataiból vették. Ezt felhasználva válogatták ki a legígéretesebb jelölteket, majd földi távcsövekkel végzett spektroszkópiai mérésekkel igazolták, hogy mind a 12 esetben a négy kép valóban ugyanannak a távoli kvazárnak a képe. Az Einstein-keresztek fontos szerepet játszanak a Világegyetem tágulását jellemző Hubble-állandó értékének minél pontosabb meghatározásában. A kvazárok alapvetően változó fényű objektumok, és mivel a gravitácóslencse-hatás következtében megnégyszereződött kép minden egyes pontjába más útvonalon érkezik a kvazár fénye, ezért ugyanaz a fényváltozás a négy kép esetében különböző időpontokban jelentkezik. Az időkülönbségek alapján kiszámítható a Hubble-állandó értéke.

A távoli kvazár (kék) fényét a hozzánk közelebbi galaxis (piros) tömege az általános relativitáselméletnek megfelelő mértékben eltéríti, ezért a Földről nézve a kép megtöbbszöröződik. (Kép: R. Hurt, IPAC/Caltech / The GraL Collaboration)

A másik ok, ami miatt a csillagászok fontosnak tartják a megtöbbszöröződött képű kvazárok vizsgálatát, az, hogy ezáltal információt nyerhetnek a sötét anyag eloszlásáról az előtérben lévő (a lencsehatást létrehozó) galaxisban. A módszer alkalmazásához az észleléseket további optikai, rádió- és röntgencsillagászati megfigyelésekkel kell kiegészíteni. A program keretében a spektroszkópiai utóészleléseket a Keck-I távcsővel (Mauna Kea, Hawaii), a Hale-távcsővel (Palomar-hegy, Kalifornia), az NTT új technológiájú távcsővel (La Silla, Chile) és a déli Gemini tácvcsővel (Cerro Pachon, Chile) végezték.

A Gaia gravitációs lencsékkel foglalkozó munkacsoportja reméli, hogy a Gaia újabb adatkibocsátásaiban, beleértve a közelmúltban közzétett 3. adatkibocsátást és a jövőbelieket, további Einstein-kereszteket sikerül felfedezni. Reményeik szerint mire a Gaia összes adatát feldolgozzák, több száz ilyen forrást tudnak azonosítani.