Përdorimi i lenteve gravitacionale për të matur masën e galaktikës së kuazarit me saktësi

Një ekip studiuesish nga EPFL kanë gjetur një mënyrë për të përdorur fenomenin e lenteve të forta gravitacionale për të përcaktuar me saktësi – rreth tre herë më saktë se çdo teknikë tjetër – masën e një galaktike që përmban një kuazar, si dhe evolucionin e tyre në kohën kozmike. . Njohja e masës së galaktikave pritëse kuazaresh ofron një pasqyrë të evolucionit të galaktikave në universin e hershëm, për ndërtimin e skenarëve të formimit të galaktikave dhe zhvillimit të vrimave të zeza. Rezultatet janë publikuar në Nature Astronomy.

“Saktësia dhe saktësia e paprecedentë e arritur me lentet gravitacionale ofrojnë një rrugë të re për marrjen e vlerësimeve të fuqishme të masës në Universin e largët, ku teknikave konvencionale u mungon saktësia dhe janë të ndjeshme ndaj paragjykimeve,” thotë astrofizikani i EPFL Frédéric Courbin, autor i lartë i studimit.

“Masat e galaktikave pritëse janë matur në të kaluarën, por falë lenteve gravitacionale, kjo është hera e parë që matja është kaq e saktë në universin e largët”, shpjegon Martin Millon, autori kryesor i studimit dhe aktualisht në Universitetin Stanford. në një grant të SNF-së.

Një kuazar është një manifestim i ndritshëm i një vrime të zezë supermasive që grumbullon lëndën përreth, e ulur në qendër të një galaktike pritëse. Në përgjithësi, është e vështirë të matet se sa e rëndë është galaktika pritëse e një kuazari, sepse kuazarët janë objekte shumë të largëta, dhe gjithashtu sepse janë aq të shndritshëm sa që shkëlqejnë çdo gjë në afërsi të tyre.

Thjerrëza gravitacionale na lejon të llogarisim masën e objektit me thjerrëza. Falë teorisë së gravitetit të Ajnshtajnit, ne e dimë se si objektet masive në plan të parë të qiellit të natës – thjerrëzat gravitacionale – mund të përkulin dritën që vjen nga objektet e sfondit. Unazat e çuditshme të dritës që rezultojnë janë në fakt shtrembërime të dritës së objektit të sfondit nga thjerrëzat gravitacionale.

Courbin po shkonte me biçikletë për në Observatorin Sauverny, më shumë se një dekadë më parë, kur kuptoi se ai mund të kombinonte të dy – kuazarët dhe lente gravitacionale – për të matur masën e galaktikës pritëse të një kuazari. Për këtë, atij iu desh të gjente një kuazar në një galaktikë që vepron gjithashtu si një lente gravitacionale.

Baza e të dhënave të Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ishte një vend i mrekullueshëm për të kërkuar kandidatët e kuazarëve të lenteve gravitacionale, por për të qenë i sigurt, Courbin duhej të shihte unazat e lenteve. Në vitin 2010, ai dhe kolegët caktuan kohë në teleskopin hapësinor Hubble për të vëzhguar katër kandidatë nga të cilët tre treguan thjerrëza. Nga të tre, njëra u dallua për shkak të unazave karakteristike të lenteve gravitacionale: SDSS J0919+2720.

Imazhi HST i SDSS J0919+2720 i parë këtu tregon dy objekte të ndritshme në plan të parë që secili vepron si një lente gravitacionale, “ndoshta dy galaktika në procesin e bashkimit”, shpjegon Courbin. Ai në të majtë është një kuazar i ndritshëm, brenda një galaktike pritëse shumë të zbehtë për t’u vëzhguar. Objekti i ndritshëm në të djathtë është një galaktikë tjetër, thjerrëza kryesore gravitacionale. Një objekt i zbehtë në anën e majtë është një galaktikë shoqëruese. Unazat karakteristike janë drita e deformuar që vjen nga një galaktikë e sfondit.

Duke analizuar me kujdes unazat me lente gravitacionale në SDSS J0919+2720, është e mundur të përcaktohet masa e dy objekteve të ndritshme… në parim. Shkëputja e masave të objekteve të ndryshme do të ishte e pamundur pa zhvillimin e fundit të një teknike të modelimit të lenteve të bazuara në valë nga bashkëautori Aymeric Galan, aktualisht në Universitetin Teknik të Mynihut (TUM), gjithashtu me një grant SNF.

“Një nga sfidat më të mëdha në astrofizikë është të kuptojmë se si formohet një vrimë e zezë supermasive,” shpjegon Galan. “Njohja e masës së saj, si krahasohet me galaktikën e saj pritëse dhe se si evoluon gjatë kohërave kozmike, janë ato që na lejojnë të hedhim poshtë ose të vërtetojmë disa teori formimi.”

“Në universin lokal, ne vërejmë se galaktikat më masive gjithashtu mbajnë vrimat e zeza më masive në qendër të tyre. Kjo mund të sugjerojë që rritja e galaktikave rregullohet nga sasia e energjisë së rrezatuar nga vrima e zezë qendrore e tyre dhe e injektuar në galaktikë. Megjithatë, për të testuar këtë teori, ne ende duhet t’i studiojmë këto ndërveprime jo vetëm në nivel lokal, por edhe në universin e largët”, shpjegon Millon.

Ngjarjet e lenteve gravitacionale janë shumë të rralla, me një galaktikë në një mijë që zbulon fenomenin. Meqenëse kuazarët shihen në rreth një në çdo mijë galaktika, një kuazar që vepron si lente është një në një milion. Shkencëtarët presin të zbulojnë qindra nga këto kuazare me lente me misionin ESA-NASA Euclid, që do të lëshohen këtë verë me një raketë Falcon-9 SpaceX.