Fjórföld sprengistjarna
Hubble sér röð mynda af sprengistjörnu í fyrsta skipti
Sævar Helgi Bragason
05. mar. 2015
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn komið auga á fjórar myndir af einni og sömu fjarlægu sprengistjörnunni með hjálp þyngdalinsu.
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn komið auga á fjórar myndir af einni og sömu fjarlægu sprengistjörnunni með Hubblessjónauka NASA og ESA. Myndirnar raðast upp í kross vegna sterkra þyngdaráhrifa vetrarbrautar í forgrunninum sem er í miðju gríðarstórrar vetrarbrautarþyrpingar. Grein um uppgötvun sprengistjörnunnar birtist í sérstöku hefti tímaritsins Science hinn 6. mars 2015, sem gefið er út í tilefni aldarafmælis almennu afstæðiskenningar Alberts Einstein.
Þegar stjörnufræðingar fylgdust grannt með risavaxinni sporvöluvetrarbraut og vetrarbrautarþyrpingunni MACS J1149+2223 sem hún tilheyrir, sem er í meira en fimm milljarða ljósára fjarlægð frá okkur, komu þeir auga á furðulegt og sjaldséð fyrirbæri. Gríðarlegur massi vetrarbrautarinnar og þyrpingarinnar sveigir ljósið sem berst frá mun fjarlægari sprengistjörnu fyrir aftan fyrirbærin og myndar fjórar aðskildar myndir af henni. Ljósið hefur verið magnað upp og bjagað vegna þyngdarlinsuáhrifa [1] og fyrir vikið raðast myndirnar upp í kringum sporvöluvetrarbrautina í röð sem nefnist Einstein-kross.
|
Gulu punktarnir sýna einu og sömu sprengistjörnuna á fjórum stöðum í fjarlægri sporvöluvetrarbraut. Vetrarbrautaþyrping í forgrunni magnar upp og sveigir ljósið frá sprengistjörnunni svo úr verða fjórar myndir. Formið sem myndast kallast Einstein-kross. Mynd: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) og FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)
|
Þó svo að stjörnufræðingar hafi oft séð vetrarbrautir og dulstirni í fjölriti af þessu tagi hafa þeir aldrei áður komið auga á nokkrar myndir af sprengistjörnu á þennan hátt.
„Það sló mig virkilega út af laginu þegar ég kom auga á fjórar myndir í kringum vetrarbrautina, það kom mjög á óvart,“ sagði Patrick Kelly frá Kaliforníuháskóla í Berkeley í Bandaríkjunum en hann er þátttakandi í Grism Lens Amplified Survey from Space-samstarfsverkefninu (GLASS) og aðalhöfundur greinarinnar um uppgötvun sprengistjörnunnar. Hann kom auga á sprengistjörnuna þegar hann var að fara yfir gögn GLASS-hópsins og fann þá það sem GLASS-hópurinn og Frontier Fields-sprengistjörnuhópurinn hafa leitað að frá árinu 2013 [2]. Hóparnir vinna nú saman að því að greina myndirnar af sprengistjörnunni en ljósið frá henni var meira en níu milljarða ára að berast til okkar [3].
„Sprengistjarnan virðist um tuttugu sinnum bjartari en hún er í raun,“ segir Jens Hjorth frá Dark Cosmology Centre í Danmörku, annar höfunda greinarinnar „Þetta er vegna samanlagðra áhrifa þessar tveggja linsa sem leggjast hvor ofan á aðra. Gríðarstóra vetrarbrautarþyrpingin beinir ljósinu frá sprengistjörnunni eftir að minnsta kosti þremur ólíkum leiðum og síðan þegar ein af þessum ljósbrautum liggur fyrir tilviljun einmitt í línu við eina sporvöluvetrarbraut innan þyrpingarinnar eiga önnur linsuáhrif sér stað.“ Hulduefnið í sporvöluvetrarbrautinni sveigir og beinir ljósinu inn á fjórar aðrar brautir en það er það sem myndar þennan sjaldgæfa Einstein-kross sem hópurinn kom auga á.
Þessar einstöku mælingar munu hjálpa stjörnufræðingum að meta magn og dreifingu hulduefnis í vetrarbrautinni og vetrarbrautaþyrpingunni sem valda linsuhrifunum með meiri nákvæmni. Í alheiminum er meira hulduefni en sýnilegt efni en mjög erfitt er að henda reiður á því. Menn vita aðeins að það er til vegna þyngdaráhrifa sem það hefur á sýnilega fyrirbæri, svo þyngdarlinsuhrif vetrarbrautar eða vetrarbrautaþyrpingar er stór vísbending um hve mikið hulduefni er að finna í þeim.
Þegar myndirnar fjórar af sprengistjörnunni dofna samhliða því að sprengingin fjarar út fá stjörnufræðingar sjaldgæft tækifæri til að sjá sprenginguna í endursýningu. Myndirnar af sprengistjörnunni berast ekki til Jarðar á sama tíma vegna þess að ljósið að baki hverri mynd fer mismunandi leið. Hver leið liggur í gegnum mismunandi samsetningu efnis, bæði hulduefni og sýnilegt efni. Þetta veldur veldur því að ljósið leggur lykkju á leið sinni og eftir sumum leiðunum er ljósið lengri tíma að ferðast til okkar en eftir öðrum. Stjörnufræðingar geta notað líkön sín um hversu mikið hulduefni er að finna í þyrpingunni og hvar það er, til þess að spá fyrir um hvenær næsta mynd birtist.
|
Þessi skýringarmynd sýnir hvernig fjórar myndir af sömu sprengistjörnunni urðu til þegar vetrarbrautaþyrpingin MACS J1149+2223 magnaði og sveigði ljósið frá henni fyrir tilverknað þyngdarkraftsins. Fyrirbærið nefnist þyngdarlinsa og hefur hún raðað myndunum í kringum sporvöluvetrarbrautina í form sem kallast Einstein-kross. Efnið í þyrpingunni, bæði sýnilega efnið og hulduefnið, beinir ljósgeislum sprengistjörnunnar eftir þremur mismunandi leiðum. Mynd: NASA, ESA
|
„Myndirnar fjórar af sprengistjörnunni sem Hubble náði birtust með nokkurra daga eða vikna millibili og við fundum þær eftir að þær birtust,“ sagði Steve Rodney frá John Hopkins-háskóla í Bandaríkjunum, yfirmaður Frontier Fields-sprengistjörnuverkefnisins. „Við teljum að sprengistjarnan gæti hafa birst fyrst fyrir um tuttugu árum annars staðar í þyrpingunni, og það sem er enn meira spennandi, þá má ætla að hún birtist einu sinni aftur eftir eitt til fimm ár. Þá vonumst við til að grípa hana glóðvolga.“
Sprengistjarnan hefur fengið viðurnefnið Refsdal til heiðurs norska stjörnufræðingsins Sjur Refsdal sem var fyrsti maðurinn til að leggja til að menn notuðu seinkaðar myndir frá sprengistjörnum, sem sæjust með hjálp þyngdarlinsa, til þess að rannsaka útþenslu alheimsins árið 1964. „Stjörnufræðingar hafa reynt að finna eina slíka allt frá þeim tíma,“ sagði Tommaso Treu frá Kaliforníuháskóla í Los Angeles í Bandaríkjunum, sem hefur yfirumsjón með GLASS-verkefninu. „Nú er biðin langa loks á enda!“
Skýringar
[1] Albert Einstein spáði fyrstur fyrir um þyngdarlinsuhrifin. Þessi áhrif eru svipuð því þegar glerlinsa sveigir ljós og stækkar og bjagar mynd af hlut fyrir aftan hana.
[2] Frontier Fields er verkefni til þriggja ára þar sem Hubble er notaður til að fylgjast með sex risavöxnum vetrarbrautaþyrpingum til að kanna það sem leynist innan í þeim og til að skyggnast eftir því sem er fyrir aftan þær fyrir tilstilli þyngdarlinsa. GLASS-rannsóknin nýtir sér greinigetu Hubble til að rannsaka fjarlægar vetrarbrautir með því að nota tíu vetrarbrautarþyrpingar sem þyngdarlinsur, þar á meðal þyrpingarnar sex sem Frontiers Fields kannar.
[3] Hópurinn notaði W.M. Keck Observatory á Mauna Kea-eldfjallinu á Hawaii til að mæla rauðvik í vetrarbrautinni sem hýsir sprengistjörnuna, til að áætla fjarlægðina til hennar.
[4] Með því að mæla seinkunin milli myndannna fá menn vísbendingar um hvers konar sveigt rúm ljósið hefur þurft að ferðast. Það hjálpar stjörnufræðingum að fínstilla líkön sín sem kortleggja massa vetrarbrautaþyrpinga.
Ítarefni
- Kjartan Kjartansson
Fjórföld sprengistjarna
Hubble sér röð mynda af sprengistjörnu í fyrsta skipti
Sævar Helgi Bragason 05. mar. 2015 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn komið auga á fjórar myndir af einni og sömu fjarlægu sprengistjörnunni með hjálp þyngdalinsu.
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn komið auga á fjórar myndir af einni og sömu fjarlægu sprengistjörnunni með Hubblessjónauka NASA og ESA. Myndirnar raðast upp í kross vegna sterkra þyngdaráhrifa vetrarbrautar í forgrunninum sem er í miðju gríðarstórrar vetrarbrautarþyrpingar. Grein um uppgötvun sprengistjörnunnar birtist í sérstöku hefti tímaritsins Science hinn 6. mars 2015, sem gefið er út í tilefni aldarafmælis almennu afstæðiskenningar Alberts Einstein.
Þegar stjörnufræðingar fylgdust grannt með risavaxinni sporvöluvetrarbraut og vetrarbrautarþyrpingunni MACS J1149+2223 sem hún tilheyrir, sem er í meira en fimm milljarða ljósára fjarlægð frá okkur, komu þeir auga á furðulegt og sjaldséð fyrirbæri. Gríðarlegur massi vetrarbrautarinnar og þyrpingarinnar sveigir ljósið sem berst frá mun fjarlægari sprengistjörnu fyrir aftan fyrirbærin og myndar fjórar aðskildar myndir af henni. Ljósið hefur verið magnað upp og bjagað vegna þyngdarlinsuáhrifa [1] og fyrir vikið raðast myndirnar upp í kringum sporvöluvetrarbrautina í röð sem nefnist Einstein-kross.
Þó svo að stjörnufræðingar hafi oft séð vetrarbrautir og dulstirni í fjölriti af þessu tagi hafa þeir aldrei áður komið auga á nokkrar myndir af sprengistjörnu á þennan hátt.
„Það sló mig virkilega út af laginu þegar ég kom auga á fjórar myndir í kringum vetrarbrautina, það kom mjög á óvart,“ sagði Patrick Kelly frá Kaliforníuháskóla í Berkeley í Bandaríkjunum en hann er þátttakandi í Grism Lens Amplified Survey from Space-samstarfsverkefninu (GLASS) og aðalhöfundur greinarinnar um uppgötvun sprengistjörnunnar. Hann kom auga á sprengistjörnuna þegar hann var að fara yfir gögn GLASS-hópsins og fann þá það sem GLASS-hópurinn og Frontier Fields-sprengistjörnuhópurinn hafa leitað að frá árinu 2013 [2]. Hóparnir vinna nú saman að því að greina myndirnar af sprengistjörnunni en ljósið frá henni var meira en níu milljarða ára að berast til okkar [3].
„Sprengistjarnan virðist um tuttugu sinnum bjartari en hún er í raun,“ segir Jens Hjorth frá Dark Cosmology Centre í Danmörku, annar höfunda greinarinnar „Þetta er vegna samanlagðra áhrifa þessar tveggja linsa sem leggjast hvor ofan á aðra. Gríðarstóra vetrarbrautarþyrpingin beinir ljósinu frá sprengistjörnunni eftir að minnsta kosti þremur ólíkum leiðum og síðan þegar ein af þessum ljósbrautum liggur fyrir tilviljun einmitt í línu við eina sporvöluvetrarbraut innan þyrpingarinnar eiga önnur linsuáhrif sér stað.“ Hulduefnið í sporvöluvetrarbrautinni sveigir og beinir ljósinu inn á fjórar aðrar brautir en það er það sem myndar þennan sjaldgæfa Einstein-kross sem hópurinn kom auga á.
Þessar einstöku mælingar munu hjálpa stjörnufræðingum að meta magn og dreifingu hulduefnis í vetrarbrautinni og vetrarbrautaþyrpingunni sem valda linsuhrifunum með meiri nákvæmni. Í alheiminum er meira hulduefni en sýnilegt efni en mjög erfitt er að henda reiður á því. Menn vita aðeins að það er til vegna þyngdaráhrifa sem það hefur á sýnilega fyrirbæri, svo þyngdarlinsuhrif vetrarbrautar eða vetrarbrautaþyrpingar er stór vísbending um hve mikið hulduefni er að finna í þeim.
Þegar myndirnar fjórar af sprengistjörnunni dofna samhliða því að sprengingin fjarar út fá stjörnufræðingar sjaldgæft tækifæri til að sjá sprenginguna í endursýningu. Myndirnar af sprengistjörnunni berast ekki til Jarðar á sama tíma vegna þess að ljósið að baki hverri mynd fer mismunandi leið. Hver leið liggur í gegnum mismunandi samsetningu efnis, bæði hulduefni og sýnilegt efni. Þetta veldur veldur því að ljósið leggur lykkju á leið sinni og eftir sumum leiðunum er ljósið lengri tíma að ferðast til okkar en eftir öðrum. Stjörnufræðingar geta notað líkön sín um hversu mikið hulduefni er að finna í þyrpingunni og hvar það er, til þess að spá fyrir um hvenær næsta mynd birtist.
„Myndirnar fjórar af sprengistjörnunni sem Hubble náði birtust með nokkurra daga eða vikna millibili og við fundum þær eftir að þær birtust,“ sagði Steve Rodney frá John Hopkins-háskóla í Bandaríkjunum, yfirmaður Frontier Fields-sprengistjörnuverkefnisins. „Við teljum að sprengistjarnan gæti hafa birst fyrst fyrir um tuttugu árum annars staðar í þyrpingunni, og það sem er enn meira spennandi, þá má ætla að hún birtist einu sinni aftur eftir eitt til fimm ár. Þá vonumst við til að grípa hana glóðvolga.“
Sprengistjarnan hefur fengið viðurnefnið Refsdal til heiðurs norska stjörnufræðingsins Sjur Refsdal sem var fyrsti maðurinn til að leggja til að menn notuðu seinkaðar myndir frá sprengistjörnum, sem sæjust með hjálp þyngdarlinsa, til þess að rannsaka útþenslu alheimsins árið 1964. „Stjörnufræðingar hafa reynt að finna eina slíka allt frá þeim tíma,“ sagði Tommaso Treu frá Kaliforníuháskóla í Los Angeles í Bandaríkjunum, sem hefur yfirumsjón með GLASS-verkefninu. „Nú er biðin langa loks á enda!“
Skýringar
[1] Albert Einstein spáði fyrstur fyrir um þyngdarlinsuhrifin. Þessi áhrif eru svipuð því þegar glerlinsa sveigir ljós og stækkar og bjagar mynd af hlut fyrir aftan hana.
[2] Frontier Fields er verkefni til þriggja ára þar sem Hubble er notaður til að fylgjast með sex risavöxnum vetrarbrautaþyrpingum til að kanna það sem leynist innan í þeim og til að skyggnast eftir því sem er fyrir aftan þær fyrir tilstilli þyngdarlinsa. GLASS-rannsóknin nýtir sér greinigetu Hubble til að rannsaka fjarlægar vetrarbrautir með því að nota tíu vetrarbrautarþyrpingar sem þyngdarlinsur, þar á meðal þyrpingarnar sex sem Frontiers Fields kannar.
[3] Hópurinn notaði W.M. Keck Observatory á Mauna Kea-eldfjallinu á Hawaii til að mæla rauðvik í vetrarbrautinni sem hýsir sprengistjörnuna, til að áætla fjarlægðina til hennar.
[4] Með því að mæla seinkunin milli myndannna fá menn vísbendingar um hvers konar sveigt rúm ljósið hefur þurft að ferðast. Það hjálpar stjörnufræðingum að fínstilla líkön sín sem kortleggja massa vetrarbrautaþyrpinga.
Ítarefni
Sprengistjörnur
Hulduefni
- Kjartan Kjartansson