Crédito de imagem: ESO
Astrônomos do Observatório Europeu do Sul descobriram uma lente gravitacional muito rara do tipo “anel de Einstein”, onde a luz de um quasar distante é distorcida e ampliada pela gravidade de uma galáxia mais próxima. Os dois objetos estão tão intimamente alinhados que a imagem do quasar forma um anel em torno da galáxia a partir do nosso ponto de vista aqui na Terra. Com medições cuidadosas, a equipe conseguiu determinar que o quasar está a 6,3 bilhões de anos-luz de distância, e a galáxia está a apenas 3,5 bilhões de anos-luz de distância, tornando-a a lente gravitacional mais próxima já descoberta.
Usando o telescópio ESO de 3,6 m em La Silla (Chile), uma equipe internacional de astrônomos [1] descobriu uma miragem cósmica complexa na cratera do sul da constelação (The Cup). Esse sistema de "lente gravitacional" consiste em (pelo menos) quatro imagens do mesmo quasar, além de uma imagem em forma de anel da galáxia na qual o quasar reside - conhecido como "anel de Einstein". A galáxia de lentes mais próxima que causa essa intrigante ilusão de ótica também é bem visível.
A equipe obteve espectros desses objetos com a nova câmera EMMI montada no Telescópio de Nova Tecnologia ESO de 3,5 m (NTT), também no observatório La Silla. Eles descobrem que o quasar com lente [2] está localizado a uma distância de 6.300 milhões de anos-luz (seu "desvio para o vermelho" é z = 0,66 [3]), enquanto a galáxia elíptica da lente está grosseiramente a meio caminho entre o quasar e nós, a uma distância de 3.500 milhões de anos-luz (z = 0,3).
O sistema foi designado RXS J1131-1231 - é o quasar com lente gravitacional mais próximo descoberto até agora.
Miragens cósmicas
O princípio físico por trás de uma "lente gravitacional" (também conhecida como "miragem cósmica") é conhecido desde 1916 como consequência da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. O campo gravitacional de um objeto maciço curva a geometria local do Universo, de modo que os raios de luz que passam perto do objeto são curvados (como uma “linha reta” na superfície da Terra é necessariamente curvada devido à curvatura da superfície da Terra) .
Este efeito foi observado pela primeira vez pelos astrônomos em 1919 durante um eclipse solar total. Medições posicionais precisas de estrelas vistas no céu escuro perto do Sol eclipsado indicaram um deslocamento aparente na direção oposta ao Sol, tanto quanto previsto pela teoria de Einstein. O efeito é devido à atração gravitacional dos fótons estelares quando eles passam perto do Sol a caminho de nós. Esta foi uma confirmação direta de um fenômeno inteiramente novo e representou um marco na física.
Na década de 1930, o astrônomo Fritz Zwicky (1898 - 1974), de nacionalidade suíça e trabalhando no Observatório Mount Wilson, na Califórnia, percebeu que o mesmo efeito também pode acontecer no espaço onde galáxias e grandes aglomerados de galáxias podem ser suficientemente compactos e maciços dobrar a luz de objetos ainda mais distantes. Contudo, apenas cinco décadas depois, em 1979, suas idéias foram confirmadas observacionalmente quando o primeiro exemplo de miragem cósmica foi descoberto (como duas imagens do mesmo quasar distante).
As miragens cósmicas são geralmente vistas como múltiplas imagens de um único quasar [2], fotografadas por uma galáxia localizada entre o quasar e nós. O número e a forma das imagens do quasar depende das posições relativas do quasar, da galáxia de lentes e de nós. Além disso, se o alinhamento fosse perfeito, também veríamos uma imagem em forma de anel ao redor do objeto da lente. Esses "anéis de Einstein" são muito raros, e só foram observados em muito poucos casos.
Outro interesse particular do efeito de lente gravitacional é que ele pode não apenas resultar em imagens duplas ou múltiplas do mesmo objeto, mas também que o brilho dessas imagens aumenta significativamente, assim como acontece com uma lente óptica comum. Galáxias distantes e aglomerados de galáxias podem assim agir como "telescópios naturais", o que nos permite observar objetos mais distantes que, de outra forma, seriam muito fracos para serem detectados com os telescópios astronômicos disponíveis no momento.
Técnicas de nitidez de imagem resolvem melhor a miragem cósmica
Uma nova lente gravitacional, designada RXS J1131-1231, foi descoberta acidentalmente em maio de 2002 por Dominique Sluse, então estudante de doutorado no ESO no Chile, enquanto inspecionava imagens de quasar tiradas com o telescópio ESO de 3,6 m no Observatório La Silla. A descoberta desse sistema se beneficiou das boas condições observacionais vigentes no momento das observações. A partir de uma simples inspeção visual dessas imagens, Sluse concluiu provisoriamente que o sistema possuía quatro componentes em forma de estrela (as imagens com quasar com lente) e um componente difuso (a galáxia com lente).
Devido à pequena separação entre os componentes, da ordem de um segundo de arco ou menos, e ao inevitável efeito de "desfoque" causado pela turbulência na atmosfera terrestre ("visão"), os astrônomos usavam um sofisticado software de nitidez de imagem para produzir imagens mais altas. imagens de resolução nas quais o brilho preciso e as medições posicionais poderiam ser executados (ver também ESO PR 09/97). Essa técnica chamada "deconvolução" torna possível visualizar esse sistema complexo muito melhor e, em particular, confirmar e tornar mais visível o anel de Einstein associado, cf. Foto 20a / 03 do PR.
Identificação da fonte e da lente
A equipe de astrônomos [1] usou o Telescópio de Nova Tecnologia (NTT) de 3,5 m do ESO em La Silla para obter espectros dos componentes de imagem individuais desse sistema de lentes. Isso é imperativo porque, como as impressões digitais humanas, os espectros permitem a identificação inequívoca dos objetos observados.
No entanto, essa não é uma tarefa fácil, porque as diferentes imagens da miragem cósmica estão localizadas muito próximas umas das outras no céu e são necessárias as melhores condições possíveis para obter espectros limpos e bem separados. No entanto, a excelente qualidade óptica do NTT combinada com razoavelmente boas condições de visão (cerca de 0,7 segundo de arco) permitiu aos astrônomos detectar as “impressões digitais espectrais” da fonte e do objeto que atua como lente, cf. Foto 20b / 03 do ESO PR.
A avaliação dos espectros mostrou que a fonte de fundo é um quasar com desvio para o vermelho de z = 0,66 [3], correspondendo a uma distância de cerca de 6.300 milhões de anos-luz. A luz deste quasar é refletida por uma galáxia elíptica maciça com desvio para o vermelho z = 0,3, ou seja, a uma distância de 3.500 milhões de anos-luz ou a meio caminho entre o quasar e nós. É o quasar com lente gravitacional mais próximo conhecido até hoje.
Devido à geometria específica da lente e à posição da galáxia de lentes, é possível mostrar que a luz da galáxia estendida na qual o quasar está localizado também deve ser lente e tornar-se visível como uma imagem em forma de anel. Que este é realmente o caso é demonstrado pela PR Photo 20a / 03, que mostra claramente a presença de um "anel de Einstein", cercando a imagem da galáxia com lentes mais próximas.
Micro-lentes dentro de lentes macro?
A configuração particular das imagens individuais de lentes observadas neste sistema permitiu que os astrônomos produzissem um modelo detalhado do sistema. A partir disso, eles podem fazer previsões sobre o brilho relativo das várias imagens com lente.
De maneira inesperada, eles descobriram que os brilhos previstos das três imagens mais brilhantes em estrela do quasar não estão de acordo com os observados - um deles acaba por ter uma magnitude (ou seja, um fator de 2,5) mais brilhante que o esperado . Essa previsão não põe em questão a Relatividade Geral, mas sugere que outro efeito está em ação neste sistema.
A hipótese avançada pela equipe é que uma das imagens está sujeita a "microlente". Esse efeito é da mesma natureza que a miragem cósmica - várias imagens amplificadas do objeto são formadas - mas, neste caso, a deflexão adicional dos raios de luz é causada por uma única estrela (ou várias estrelas) dentro da galáxia que está lente. O resultado é que há imagens adicionais (não resolvidas) do quasar em uma das imagens com lente macro.
O resultado é uma "super amplificação" dessa imagem em particular. Se isso é realmente assim, em breve será testado por meio de novas observações deste sistema de lentes gravitacionais com o ESO Very Large Telescope (VLT) em Paranal (Chile) e também com o observatório de rádio Very Large Array (VLA) no Novo México (EUA). )
Outlook
Até agora, 62 quasares de imagens múltiplas foram descobertos, na maioria dos casos mostrando 2 ou 4 imagens do mesmo quasar. A presença de imagens alongadas do quasar e, em particular, de imagens em anel é frequentemente observada nos comprimentos de onda do rádio. No entanto, este continua sendo um fenômeno raro no domínio óptico - apenas quatro desses sistemas foram fotografados por telescópios ópticos / infravermelhos até agora.
O complexo e comparativamente brilhante sistema RXS J1131-1231 descoberto agora é um laboratório astrofísico exclusivo. Suas características raras (por exemplo, brilho, presença de uma imagem em forma de anel, pequeno desvio para o vermelho, raio-X e emissão de rádio, lente visível ...) agora permitirão aos astrônomos estudar as propriedades da galáxia de lentes, incluindo seu conteúdo estelar, estrutura e distribuição de massa em grande detalhe, e para investigar a morfologia da fonte. Esses estudos usarão novas observações que estão sendo obtidas atualmente com o VLT em Paranal, com o interferômetro de rádio VLA no Novo México e com o Telescópio Espacial Hubble.
Mais Informações
A pesquisa descrita neste press release é apresentada em uma carta ao editor, que será publicada na revista profissional européia Astronomy & Astrophysics (“Um quasar de imagem quadruplicada com um candidato a anel de Einstein óptico: 1RXS J113155.4-123155”, por Dominique Sluse et al.).
Mais informações sobre lentes gravitacionais e sobre este grupo de pesquisa também podem ser encontradas no URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Notas
[1]: A equipe é composta por Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers e Thodori Nakos (ESO e Instituto de Astrofísica e Geofísica da Universidade de Liège - IAGL), Jean-François Claeskens , Frédic Courbin, Christophe Jean e Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) e Sergiy Khmil (Observatório Astronômico da Universidade Shevchentko).
[2]: Quasares são galáxias particularmente ativas, cujos centros emitem quantidades prodigiosas de energia e partículas energéticas. Acredita-se que eles abrigam um enorme buraco negro no centro e que a energia seja produzida quando a matéria circundante cai nesse buraco negro. Esse tipo de objeto foi descoberto pela primeira vez em 1963 pelo astrônomo holandês-americano Maarten Schmidt no Observatório Palomar (Califórnia, EUA) e o nome se refere à aparência "estrelada" nas imagens obtidas na época.
[3]: Na astronomia, o “desvio para o vermelho” denota a fração pela qual as linhas no espectro de um objeto são deslocadas para comprimentos de onda mais longos. Como o desvio para o vermelho de um objeto cosmológico aumenta com a distância, o desvio para o vermelho observado de uma galáxia remota também fornece uma estimativa de sua distância.
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
