Lentile gravitaționale – când gravitația curbează lumina

Lentilele gravitaționale sunt un fenomen prezis de Albert Einstein în cadrul teoriei relativității generale, conform căreia masa unui obiect curbează spațiu-timpul din jurul său. Lumina care trece prin apropierea unui obiect foarte masiv (o galaxie, un roi de galaxii sau o gaură neagră) este deviată de această curbură, exact așa cum o lentilă optică deviază razele de lumină.

AGEL183520+460627A

Click pe fotografie pentru a mări

AGEL183520+460627A

O lupă făcută din gravitație

La aproximativ șapte grade nord-est de Vega, în constelația Lira, se află un obiect care nu arată spectaculos la prima vedere. O pată slabă de lumină, de magnitudinea 18,3. De circa 25.000 de ori mai slabă decât cea mai slabă stea vizibilă cu ochiul liber.

Este o galaxie. Dar, mai important, este o lentilă.

Galaxia amplificată are deplasarea spre roșu z = 3,392, măsurată spectroscopic cu instrumentul NIRES de la Observatorul Keck din Hawaii, cu cel mai înalt indicator de calitate.

Lumina ei a plecat spre noi acum 11,6 miliarde de ani. Universul avea atunci sub 1,9 miliarde de ani, adică aproximativ 14% din vârsta lui actuală. Priviți o galaxie surprinsă în plină formare, la începutul tuturor lucrurilor.

Când s-a format Pământul, lumina aceasta călătorea deja de opt miliarde de ani.

Fără galaxia-lupă din față, nu am fi văzut-o niciodată.

Obiectul a fost identificat inițial de o rețea neuronală convoluțională, antrenată să caute arce gravitaționale în milioanele de imagini din sondajele DESI Legacy Imaging Surveys. Metoda a fost publicată de Huang și colaboratorii în 2021.

Confirmarea a venit ulterior prin spectroscopie, în cadrul programului AGEL — ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses — care folosește telescoapele Keck și Gemini pentru a măsura deplasările spre roșu ale candidaților.

Este al doilea cel mai îndepărtat obiect-sursă din întregul catalog AGEL, depășit doar de AGEL 193558+580909, la z = 3,551.

Galaxia-lentilă în sine, la magnitudinea 18,3, este accesibilă unui telescop de 250-300 mm cu expuneri lungi și procesare atentă. Arcele gravitaționale, însă, se întind pe câteva secunde de arc și rămân dincolo de ceea ce permite atmosfera terestră. Tocmai de aceea echipa AGEL a solicitat timp de observație pe Hubble.

Este unul dintre acele obiecte pe care le fotografiem știind ce sunt, nu văzând ce sunt.

Cheshire Cat

„Cheshire Cat” (numele de catalog: SDSS J103842.59+484917.7, prescurtat adesea SDSS J1038+4849) este un grup de galaxii care acționează ca lentilă gravitațională. A primit porecla pentru că, în imagine, două galaxii luminoase arată ca „ochii”, iar arcurile formate prin lentilare seamănă cu un zâmbet.

Ce se întâmplă, pe scurt:

  • Masa uriașă a grupului (în mare parte materie întunecată) curbează lumina unor galaxii mult mai îndepărtate din fundal, producând arcuri și imagini distorsionate.

  • Observațiile în X-ray (Chandra) arată gaz extrem de fierbinte (milioane de grade), semn că două grupuri de galaxii sunt în coliziune/îmbinare.

  • În timp, sistemul este considerat un candidat să evolueze către un „fossil group” (un grup dominat de o galaxie gigantică, după ce celelalte se contopesc).

cheshire-cat-standard-ctrs9a.jpg

Click pe fotografie pentru a mări

Cosmic Horseshoe

Cosmic Horseshoe (numele tehnic: SDSS J1148+1930), descoperit in 2007, nu este o singură „galaxie”, ci un sistem de lentilă gravitațională: o galaxie masivă din prim-plan îndoaie și mărește lumina unei galaxii mult mai îndepărtate, transformând-o într-un arc aproape circular – un (aproape) inel Einstein.

Ce e spectaculos aici:

  • inel aproape complet (~300°), cu un diametru de aproximativ 10 arcsec.

  • galaxia „lentilă” (foreground) este o Luminous Red Galaxy extrem de masivă, la z ≈ 0,44 (aprox. 4,5 miliarde ani lumina), iar sursa din fundal este o galaxie cu formare stelară la z ≈ 2,38 (aprox. 11 miliarde ani lumina).

  • sistemul e folosit ca „laborator” pentru a studia distribuția materiei întunecate în galaxia lentilă și pentru a vedea detalii altfel invizibile din galaxia îndepărtată (pentru că lentila o magnifică).

În cadrul imaginii mărite, rezultatele observației noastre sunt puse în paralel cu datele furnizate de SDSS (Sloan Digital Sky Survey)‑III

Click pe fotografie pentru a mări