Решив найти иголку в космическом стоге сена, пара астрономов путешествовала во времени по архивам старых данных из обсерватории В.М. Кека на Мауанкеа на Гавайях и старых рентгеновских данных из рентгеновской обсерватории NASA Чандра, чтобы открыть тайну, окружающую сильно затемненный квазар.
Этот небесный объект, представляющий собой активную галактику, испускающую огромное количество энергии из-за материала, поглощающего черную дыру, сам по себе является захватывающим объектом. Найти гравитационную линзу, сделать его ярче и крупнее, невероятно интересно. В то время как в настоящее время известно чуть более 200 линзовых незаметных квазаров, число обнаруженных линзовых затемненных квазаров - единицы. Это связано с тем, что питающаяся черная дыра разжигает газ и пыль, маскируя квазар и затрудняя его обнаружение при съемках в видимом свете.
Исследователи не только обнаружили квазар этого типа, но и обнаружили, что этот объект является первым обнаруженным кольцом Эйнштейна, названным MG 1131 + 0456, который наблюдался в 1987 году сетью радиотелескопов Very Large Array в Нью-Мексико. Примечательно, что расстояние до квазара или красное смещение, хотя и широко изучалось, оставалось под вопросом.
«Пока мы копали глубже, мы были удивлены, никто не измерял расстояние до такого знаменитого и яркого источника», - сказал Даниэль Стерн, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA и автор исследования. «Наличие расстояния является необходимым первым шагом для всех видов дополнительных исследований, таких как использование линзы в качестве инструмента для измерения истории расширения Вселенной и в качестве зонда для темной материи».
Стерн и соавтор Доминик Уолтон, научный сотрудник STFC Эрнест Резерфорд из Института астрономии Кембриджского университета (Великобритания), первыми вычислили расстояние до квазара, который находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет (или красное смещение z = 1,849 ).
Результат опубликован в сегодняшнем выпуске Астрофизического журнала.
«Вся эта статья была немного ностальгической для меня, заставляя меня смотреть на бумаги с первых дней моей карьеры, когда я учился ещё в аспирантуре. Когда впервые было открыто это кольцо Эйнштейна, Берлинская стена еще была на месте, и все данные, представленные в нашей статье, относятся к последнему тысячелетию», - сказал Стерн.
Методология
Во время их исследований телескопы вокруг планеты были закрыты из-за пандемии коронавируса (с тех пор обсерватория Кека вновь открылась с 16 мая); Стерн и Уолтон воспользовались своим продолжительным домашним временем, чтобы творчески поддерживать науку, комбинируя данные из широкоугольного инфракрасного обозревателя NASA (WISE) для поиска квазаров с гравитационной линзой и сильно затененными. В то время как пыль скрывает большинство активных галактик при съемках в видимом свете, эта скрывающая пыль делает такие источники очень яркими при инфракрасных съемках, например, предоставляемых WISE.
Хотя квазары часто находятся очень далеко, астрономы могут обнаружить их с помощью гравитационного линзирования - феномена, который действует как увеличительное стекло. Это происходит, когда галактика, расположенная ближе к Земле, действует как линза и делает квазар за ней очень ярким. Гравитационное поле более близкой галактики деформирует само пространство, изгибая и усиливая свет квазара на заднем плане. Если выравнивание точно, это создает круг света, называемый кольцом Эйнштейна, предсказанный Альбертом Эйнштейном в 1936 году. Обычно, гравитационное линзирование вызовет появление множества изображений фонового объекта вокруг объекта переднего плана.
Как только Стерн и Уолтон заново открыли MG 1131 + 0456 с помощью WISE и поняли, что его расстояние остается загадкой, они тщательно прочесали старые данные из архива обсерватории Кека (KOA) и обнаружили, что обсерватория наблюдала квазар семь раз в период между 1997 и 2007 годами с использованием спектрометра изображений (LRIS) на телескопе Keck I, а также ближнего инфракрасного спектрографа (NIRSPEC) и тепловизора Echellette (ESI) на телескопе Keck II.
«Мы смогли извлечь расстояние из самого раннего набора данных Кека, сделанного в марте 1997 года, в первые годы существования обсерватории», - сказал Уолтон. «Мы благодарны Keck и NASA за их совместные усилия, направленные на то, чтобы сделать данные Keck за 25 лет общедоступными для всего мира. Наша статья была бы невозможна без этого».
Группа также проанализировала архивные данные NASA рентгеновской обсерватории Чандра в 2000 году, в первый год после запуска миссии.
Следующие шаги
Теперь, когда расстояние MG 1131 + 0456 известно, Уолтон и Стерн смогли с исключительной точностью определить массу линзовой галактики и использовать данные Чандра, чтобы надежно подтвердить скрытую природу квазара, точно определяя, сколько газа находится между нами.
«Теперь мы можем полностью описать уникальную геометрию этого кольца Эйнштейна», - сказал Стерн. «Это позволяет нам проводить последующие исследования, такие как использование космического телескопа Джеймса Уэбба, который скоро будет запущен, для изучения свойств темной материи линзирующей галактики».
«Наш следующий шаг - найти линзовые квазары, которые еще более скрыты, чем MG 1131 + 0456», - сказал Уолтон. «Найти эти иглы будет еще сложнее, но они там ждут, чтобы их обнаружили. Эти космические драгоценные камни могут дать нам более глубокое понимание Вселенной, включая дальнейшее понимание того, как сверхмассивные черные дыры растут и влияют на их среду», - говорит Уолтон.