Nová metoda měří hmotnost galaxií 3krát přesněji

Skupina vědců z EPFL objevila metodu, jak využít fenomén silné gravitační čočky, dosahující přesnosti přibližně třikrát vyšší než jakákoliv jiná existující technika, k přesnému odhadu hmotnosti galaxie s kvasarem a sledování jejího vývoje v kosmickém čase. Tyto znalosti týkající se hmotnosti galaxií, které hostí kvasary, přispívají k našemu chápání vývoje galaxií v raném vesmíru a pomáhají při konstrukci modelů pro formování galaxií a růst černých děr. Zjištění byla nedávno zveřejněna v časopise Nature Astronomy.

„Bezprecedentní přesnost dosažená pomocí gravitační čočky poskytuje novou cestu pro získání přesnějších odhadů hmotnosti ve vzdáleném vesmíru, kde konvenční techniky postrádají přesnost a jsou náchylné ke zkreslení,“ říká astrofyzik EPFL Frédéric Courbin, hlavní autor studie.

„Hmotnosti hostitelských galaxií byly měřeny i v minulosti, ale díky gravitační čočce je to poprvé, kdy je měření ve vzdáleném vesmíru tak přesné,“ vysvětluje Martin Millon, hlavní autor studie a v současnosti pracovník na Stanfordské univerzitě.

Kombinace gravitační čočky a kvasarů
Kvasar je světelný projev supermasivní černé díry sedící ve středu hostitelské galaxie, která akreuje okolní hmotu. Obecně je obtížné změřit, jak hmotná je hostitelská galaxie kvasaru, protože kvasary jsou velmi vzdálené objekty, a také proto, že jsou tak jasné, že přesvítí vše v jejich blízkosti.

Gravitační čočka nám umožňuje vypočítat hmotnost čočky. Díky Einsteinově teorii gravitace víme, jak masivní objekty v popředí noční oblohy – gravitační čočky – mohou ohýbat světlo vycházející z objektů v pozadí. Výsledkem jsou podivné světelné prstence, které jsou ve skutečnosti zkreslením světla objektu na pozadí gravitační čočkou.

Frédéric Courbin jel před více než deseti lety na kole do observatoře Sauverny, když si uvědomil, že může spojit tyto dva objekty – kvasary a gravitační čočky – a změřit hmotnost hostitelské galaxie kvasaru. K tomu musel najít kvasar v galaxii, který také funguje jako gravitační čočka.

Hrstka dosud pozorovaných kvasarů gravitační čočkou

Databáze Sloan Digital Sky Survey (SDSS) byla skvělým místem pro hledání kandidátů na kvasary gravitačních čoček, ale pro jistotu musel Courbin vidět prstence čoček. V roce 2010 si on a kolegové objednali čas na Hubbleově vesmírném dalekohledu k pozorování 4 kandidátů, z nichž 3 vykazovaly gravitační čočku. Jeden ze tří vyčníval díky svým charakteristickým prstencům gravitační čočky: SDSS J0919+2720.

Snímek SDSS J0919+2720 z HST ukazuje dva jasné objekty v popředí, z nichž každý funguje jako gravitační čočka, „pravděpodobně se jedná o dvě galaxie v procesu slučování,“ vysvětluje Courbin. Ten vlevo je jasný kvasar v hostitelské galaxii, která je příliš slabá na to, aby byla pozorována. Jasný objekt vpravo je další galaxie, hlavní gravitační čočka. Slabý objekt zcela vlevo je doprovodná galaxie. Charakteristické prstence jsou deformované světlo přicházející z galaxie na pozadí.

Výpočetní modelování čoček na záchranu
Pečlivou analýzou prstenců s gravitační čočkou v SDSS J0919+2720 je možné v principu určit hmotnost dvou jasných objektů. Rozpojení hmot různých objektů by bylo nemožné bez nedávného vývoje techniky modelování gravitační čočky od spoluautora Aymerica Galana, v současnosti pracujícího na Technické univerzitě v Mnichově (TUM).

„Jednou z největších výzev v astrofyzice je pochopit, jak vzniká supermasivní černá díra,“ vysvětluje Galan. „Znalost její hmotnosti, srovnání s hostitelskou galaxií a toho, jak se vyvíjí v kosmických časech, je to, co nám umožňuje zahodit nebo potvrdit určité teorie vzniku.“

„V místním vesmíru pozorujeme, že nejhmotnější galaxie ve svém středu také hostí nejhmotnější černé díry. To by mohlo naznačovat, že růst galaxií je regulován množstvím energie vyzařované jejich centrální černou dírou a vstřikované do galaxie. Abychom však tuto teorii otestovali, musíme tyto interakce studovat nejen lokálně, ale také ve vzdáleném vesmíru,“ vysvětluje Millon.

Události gravitační čočky jsou velmi vzácné, přičemž tento jev odhaluje jedna galaxie z tisíce. Vzhledem k tomu, že kvasary jsou vidět asi v jedné z tisíce galaxií, je kvasar působící jako gravitační čočka jeden z milionu. Vědci očekávají, že odhalí stovky těchto čočkových kvasarů pomocí mise s názvem Euclid, která byla vypuštěna letos v létě s raketou Falcon-9 společnosti SpaceX.

Zdroj: https://scitechdaily.com/gravitational-lensing-and-quasars-new-method-measures-galaxy-mass-3-times-more-precisely/

autor: František Martinek