Afbeelding tegoed: Hubble
Spiraalstelsel PGC 69457 bevindt zich nabij de grens van valconstellaties Pegasus en Waterman, ongeveer 3 graden ten zuiden van de derde magnitude Theta Pegasi - maar graaf die 60 mm refractor niet uit om ernaar te zoeken. Het sterrenstelsel is eigenlijk zo'n 400 miljoen lichtjaar verwijderd en heeft een schijnbare helderheid van magnitude 14,5. Dus volgende herfst is misschien een goed moment om contact te maken met die 'astro-nut'-vriend van je die altijd op weg gaat naar de zonsondergang om ver weg te zijn van stadslichten met een groter, veel groter, amateurinstrument ...
Maar er zijn tal van sterrenstelsels van de 14e magnitude in de lucht - wat maakt PGC 69457 zo speciaal?
Om te beginnen 'blokkeren' de meeste sterrenstelsels niet het zicht op een nog verder weg gelegen quasar (QSO2237 + 0305). En als er nog andere zijn, hebben er maar weinigen die precies de juiste verdeling hebben van lichamen met een hoge dichtheid die nodig zijn om het licht te laten 'buigen' op een manier dat een anders onzichtbaar object zichtbaar is. Met PGC 69457 krijg je niet één - maar vier - afzonderlijke 17e magnitude beelden van dezelfde quasar voor de moeite van het opzetten van een 20 inch truss tube dobsonian. Is het het waard? (Kun je zeggen "verviervoudig je observatieplezier"?)
Maar het fenomeen achter zo'n visie is nog interessanter voor professionele astronomen. Wat kunnen we leren van zo'n uniek effect?
De theorie is al goed ingeburgerd - Albert Einstein voorspelde het in zijn "Algemene relativiteitstheorie" van 1915. Einsteins kernidee was dat een waarnemer die een versnelling onderging en een stationair in een zwaartekrachtveld het verschil niet kon zien tussen de twee op hun "gewicht" ”. Door dit idee ten volle te onderzoeken, werd duidelijk dat niet alleen materie, maar ook licht (ondanks dat het massaloos is) dezelfde soort verwarring ondergaat. Hierdoor wordt licht dat een zwaartekrachtveld nadert onder een hoek "versneld" richting "de bron van de zwaartekracht - maar omdat de lichtsnelheid constant is, beïnvloedt deze versnelling alleen het pad en de golflengte van het licht - niet de werkelijke snelheid.
De zwaartekrachtlens zelf werd voor het eerst waargenomen tijdens de totale zonsverduistering van 1919. Dit werd gezien als een kleine verschuiving in de posities van sterren nabij de corona van de zon, zoals vastgelegd op fotografische platen. Door deze waarneming weten we nu dat je geen lens nodig hebt om licht te buigen - of zelfs maar water om het beeld te breken van die Koi die in de vijver zwemmen. Lichtachtige materie neemt het pad van de minste weerstand en dat betekent dat we zowel de zwaartekrachtcurve van de ruimte als de optische curve van een lens moeten volgen. Het licht van QSO2237 + 0305 doet alleen wat van nature komt door te surfen op de contouren van 'ruimte-tijd' die rond dichte sterren liggen die langs de gezichtslijn liggen van een verre bron door een meer naburig sterrenstelsel. Het echt interessante van Einstein's Cross komt neer op wat het ons vertelt over alle betrokken massa's - die in de melkweg die het licht weerkaatst, en de Big One in het hart van de quasar die het vandaan haalt.
In hun paper "Reconstruction of the microlensing light curves of the Einstein Cross") vond de Koreaanse astrofysicus Dong-Wook Lee (et al) van de Sejong University in samenwerking met de Belgische astrofysicus J. Surdez (et al) van de Universiteit van Luik aanwijzingen voor een accretieschijf rond het zwarte gat in Quasar QSO2237 + 0305. Hoe is zoiets mogelijk op de betrokken afstanden?
Lenzen in het algemeen “verzamelen en focusseren licht” en die “zwaartekrachtlenzen” (Lee stelt tenminste een minimum van vijf met geringe massa, maar sterk gecondenseerde lichamen) binnen PGC 69457, doen hetzelfde. Op deze manier 'wikkelt' het licht van een quasar die normaal gesproken ver van onze instrumenten zou reizen zich om het heelal om naar ons toe te komen. Hierdoor 'zien' we 100.000 keer meer details dan anders mogelijk zou zijn. Maar er is een addertje onder het gras: ondanks een resolutie die 100.000 keer hoger is, zien we nog steeds alleen licht, geen detail. En omdat er in de melkweg verschillende massa's zijn die licht breken, zien we meer dan één blik op de quasar.
Om bruikbare informatie van de quasar te krijgen, moet u gedurende lange perioden (maanden tot jaren) licht verzamelen en speciale analytische algoritmen gebruiken om de resulterende gegevens samen te brengen. De methode die Lee en medewerkers gebruiken, wordt LOHCAM (LOcal Hae CAustic Modelling) genoemd. (HAE zelf is een afkorting voor High Amplification Events). Met behulp van LOHCAM en gegevens die beschikbaar zijn van OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) en GLIPT (Gravitational Lens International Time Project), heeft het team niet alleen vastgesteld dat LOHCAM werkt zoals gehoopt, maar dat QSO2237 + 0305 een detecteerbare accretieschijf kan bevatten (waaruit het materie trekt) om zijn lichte motor aan te drijven). Het team heeft ook de geschatte massa van het zwarte gat van de quasars bepaald, de grootte van het ultraviolette gebied dat er uit straalt, en de transversale beweging van het zwarte gat geschat terwijl het beweegt ten opzichte van het spiraalstelsel.
Het centrale zwarte gat in Quasar QSO2237 + 0305 zou een gecombineerde massa van 1,5 miljard zonnen hebben - een waarde die vergelijkbaar is met die van de grootste centrale zwarte gaten die ooit zijn ontdekt. Zo'n massagetal vertegenwoordigt 1 procent van het totale aantal sterren in ons eigen Melkwegstelsel. Ondertussen en ter vergelijking, QSO2237 + 0305's zwarte gat is ongeveer 50 keer zo groot als dat in het centrum van ons eigen sterrenstelsel.
Gebaseerd op "dubbele pieken" in helderheid van de quasar, gebruikten Lee et al. LOHCAM om ook de grootte van de accretieschijf van QSO2237 + 0305 en de oriëntatie ervan te bepalen, en ontdekten ze een centraal verduisteringsgebied rond het zwarte gat zelf. De schijf zelf is ongeveer 1/3 van een lichtjaar in diameter en is naar ons toe gericht.
Onder de indruk? Laten we er ook aan toevoegen dat het team het minimumaantal microlenzen en gerelateerde massa's in het lensstelsel heeft bepaald. Afhankelijk van de aangenomen transversale snelheid (in LOHCAM-modellering), het kleinste bereik van dat van een gasreus - zoals de planeet Jupiter - tot dat van onze eigen zon.
Dus hoe werkt dit "gat" ding?
De OGLE- en GLIPT-projecten volgden veranderingen in de intensiteit van visueel licht dat naar ons stroomde vanuit elk van de vier 17e magnitude-weergaven van de quasar. Omdat de meeste quasars onoplosbaar zijn, vanwege hun grote afstanden in de ruimte, per telescoop. Fluctuaties in helderheid worden slechts gezien als een enkel gegevenspunt op basis van de helderheid van de hele quasar. QSO2237 + 0305 presenteert echter vier afbeeldingen van de quasar en elke afbeelding benadrukt helderheid vanuit een ander perspectief van de quasar. Door alle vier de beelden tegelijkertijd telescopisch te volgen, kunnen kleine variaties in de beeldintensiteit worden gedetecteerd en vastgelegd in termen van grootte, datum en tijd. Gedurende een aantal maanden tot jaren kan een aanzienlijk aantal van dergelijke "gebeurtenissen met hoge versterking" plaatsvinden. Patronen die tevoorschijn komen uit hun voorkomen (van de ene 17e magnitude-weergave naar de volgende) kunnen vervolgens worden geanalyseerd om beweging en intensiteit te tonen. Hieruit is een weergave met superhoge resolutie van een normaal onzichtbare structuur binnen de quasar mogelijk.
Kunnen jij en je vriend met die 20 inch dob-newtonian dit doen?
Natuurlijk - maar niet zonder een aantal zeer dure apparatuur en een goede greep op een aantal complexe wiskundige beeldvormingsalgoritmen. Een mooie plek om te beginnen is misschien gewoon om naar de melkweg te lonken en een tijdje aan het kruis te hangen ...
Geschreven door Jeff Barbour
