Afbeelding tegoed: Hubble
Er zijn veel voorbeelden bekend waarbij een melkwegstelsel werkt als een zwaartekrachtlens en meerdere afbeeldingen aan de hemel produceert van een verder weg gelegen object als een heldere quasar die erachter verborgen is. Maar er is al meer dan 20 jaar een hardnekkig mysterie: Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt dat er een oneven aantal beelden zou moeten zijn, maar bijna alle waargenomen lenzen hebben slechts 2 of 4 bekende beelden. Astronoom Joshua Winn van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en twee voormalige CfA-collega's, David Rusin (nu aan de University of Pennsylvania) en Christopher Kochanek (The Ohio State University), hebben nu een derde, centraal beeld van een lensquasar. Radiowaarnemingen van het systeem dat bekend staat als PMN J1632-0033 in het sterrenbeeld Ophiuchus hebben een zwak centraal beeld blootgelegd dat kan worden gebruikt om de eigenschappen van het lensstelsel en het superzware zwarte gat dat naar verwachting in het midden zal liggen, te onderzoeken.
“Het vinden van dit centrale beeld is op zichzelf interessant, maar is nog belangrijker voor wat het ons kan vertellen over het lensstelsel. Dit biedt ons een nieuw hulpmiddel om sterrenstelsels zo ver weg te bestuderen dat ze, zelfs voor de Hubble-ruimtetelescoop, slechts vage vlekken zijn, 'zei Winn.
Quasars zijn extreem verre en heldere objecten waarvan wordt aangenomen dat ze worden aangedreven door superzware zwarte gaten. Ze schijnen helder door de zwaartekrachtenergie van materie die in het zwarte gat valt om te zetten in licht en andere soorten straling, zoals radiogolven.
Bij zwaartekrachtlensing worden lichtstralen van een quasar die dicht bij een sterrenstelsel passeren, gebogen door het zwaartekrachtsveld van de melkweg, net zoals ze zouden worden gebogen bij het passeren van een glazen lens. Hoe dichter het centrum van een sterrenstelsel is en hoe sterker de zwaartekracht, hoe zwakker het centrale beeld zal zijn. Maar dit centrale beeld, waarvan het licht het dichtst bij het midden van het lensstelsel is gepasseerd, kan ons veel vertellen over de kern van dat sterrenstelsel. Die mogelijkheid maakt het vinden van dergelijke centrale afbeeldingen bijzonder wenselijk.
In het systeem PMN J1632-0033 wordt een radio-luide quasar bij roodverschuiving z = 3,42 (een afstand van ongeveer 11,5 miljard lichtjaar) door een elliptisch sterrenstelsel bij roodverschuiving z ~ 1 (ongeveer 8 miljard lichtjaar verwijderd) . Er waren twee beelden van de quasar bekend en vermoed werd dat een derde, zeer zwakke radiobron het centrale beeld was. Die derde bron bevond zich echter bovenop het lensstelsel en was dus mogelijk intrinsiek met het lensstelsel zelf.
Door de radio 'kleur' of spectrum van alle drie de beelden te observeren met behulp van de Very Large Array en Very Long Baseline Array van de National Science Foundation, leverden Winn en zijn collega's overtuigend bewijs dat de derde bron inderdaad het centrale beeld van de quasar is. Het spectrum is in wezen identiek aan de andere twee beelden, behalve bij lage frequenties waar een deel van de radio-energie werd geabsorbeerd door het lensstelsel.
De geometrie en eigenschappen van de drie afbeeldingen van de quasar vertellen ons al over de kern van het lensstelsel. Het centrale zwarte gat weegt bijvoorbeeld minder dan 200 miljoen zonsmassa's. Ook is de oppervlaktedichtheid (hoeveelheid materie zoals geprojecteerd tegen het vlak van de hemel) op de locatie van het centrale beeld meer dan 20.000 zonsmassa's per vierkante parsec. (Ter vergelijking: de oppervlaktedichtheid van de Melkweg bij onze zon is ongeveer 50 zonsmassa's per vierkante parsec.) Beide cijfers voor het lensstelsel komen overeen met de verwachtingen op basis van gedetailleerde waarnemingen van sterrenstelsels honderden keren dichter bij de aarde.
“Bijna al onze kennis over melkwegcentra komt van het bestuderen van zeer nabije sterrenstelsels. Het opmerkelijke van centrale beelden is dat je honderden keren verder weg vergelijkbare informatie kunt krijgen over de kernen van sterrenstelsels en miljarden jaren jonger dan onze naburige sterrenstelsels ”, aldus Winn.
Dit onderzoek is online beschikbaar op http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 en zal worden gepubliceerd in het nummer van 12 februari 2004 van het tijdschrift Nature.
Het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, met hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts, is een gezamenlijke samenwerking tussen het Smithsonian Astrophysical Observatory en het Harvard College Observatory. CfA-wetenschappers, georganiseerd in zes onderzoeksdivisies, bestuderen de oorsprong, evolutie en het uiteindelijke lot van het universum.
Oorspronkelijke bron: Harvard CfA News Release
