Πίστωση εικόνας: Hubble
Ο σπειροειδής γαλαξίας PGC 69457 βρίσκεται κοντά στο όριο των αστερισμών πτώσης Πήγασος και Υδροχόος περίπου 3 μοίρες νότια του τρίτου μεγέθους Θήτα Πήγαση – αλλά μην σκάβετε αυτόν τον διαθλαστήρα 60 mm για να τον αναζητήσετε. Ο γαλαξίας βρίσκεται στην πραγματικότητα περίπου 400 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά και έχει φαινομενική φωτεινότητα μεγέθους 14,5. Έτσι, το επόμενο φθινόπωρο μπορεί να είναι μια καλή στιγμή για να συνδεθείτε με αυτόν τον φίλο σας «αστρολόγο» που πάντα κατευθύνεται προς το ηλιοβασίλεμα για να ξεφύγει αρκετά από τα φώτα της πόλης με ένα μεγαλύτερο, πολύ μεγαλύτερο, ερασιτεχνικό όργανο…
Αλλά υπάρχουν πολλοί γαλαξίες 14ου μεγέθους στον ουρανό – τι κάνει τον PGC 69457 τόσο ξεχωριστό;
Αρχικά, οι περισσότεροι γαλαξίες δεν «μπλοκάρουν» την θέα ενός ακόμη πιο μακρινού κβάζαρ (QSO2237+0305). Και αν υπάρχουν άλλα, λίγα έχουν ακριβώς τη σωστή κατανομή των σωμάτων υψηλής πυκνότητας που απαιτούνται για να προκαλέσει το φως να «λυγίσει» με τρόπο που να είναι ορατό ένα κατά τα άλλα αόρατο αντικείμενο. Με το PGC 69457 δεν έχετε μία – αλλά τέσσερις – ξεχωριστές όψεις 17ου μεγέθους του ίδιου κβάζαρ για το πρόβλημα της εγκατάστασης ενός Dobsonian σωλήνα ζευκτών 20 ιντσών. Αξίζει? (Μπορείτε να πείτε 'τετραπλασιάστε την ευχαρίστηση παρατήρησης';)
Αλλά το φαινόμενο πίσω από μια τέτοια άποψη είναι ακόμη πιο ενδιαφέρον για τους επαγγελματίες αστρονόμους. Τι μπορούμε να μάθουμε από ένα τόσο μοναδικό αποτέλεσμα;
Η θεωρία είναι ήδη καλά εδραιωμένη – ο Άλμπερτ Αϊνστάιν την προέβλεψε στη «Γενική Θεωρία της Σχετικότητας» του 1915. Η βασική ιδέα του Αϊνστάιν ήταν ότι ένας παρατηρητής που υφίσταται επιτάχυνση και ένας ακίνητος σε ένα βαρυτικό πεδίο δεν μπορούσε να διακρίνει τη διαφορά μεταξύ των δύο ως προς το «βάρος» τους '. Με την εξερεύνηση αυτής της ιδέας στο έπακρο, κατέστη σαφές ότι όχι μόνο η ύλη αλλά και το φως (παρόλο που δεν έχει μάζα) υφίσταται το ίδιο είδος σύγχυσης. Εξαιτίας αυτού, το φως που πλησιάζει ένα βαρυτικό πεδίο υπό γωνία «επιταχύνεται» προς την πηγή της βαρύτητας - αλλά επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, τέτοια επιτάχυνση επηρεάζει μόνο τη διαδρομή και το μήκος κύματος του φωτός - όχι την πραγματική του ταχύτητα.
Ο ίδιος ο βαρυτικός φακός εντοπίστηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης ηλίου του 1919. Αυτό θεωρήθηκε ως μια ελαφρά μετατόπιση στις θέσεις των αστεριών κοντά στο στέμμα του Ήλιου, όπως αποτυπώθηκε σε φωτογραφικές πλάκες. Εξαιτίας αυτής της παρατήρησης, γνωρίζουμε τώρα ότι δεν χρειάζεστε φακό για να κάμψετε το φως – ή ακόμα και νερό για να διαθλάσετε την εικόνα αυτών των Koi που κολυμπούν στη λίμνη. Το φως όπως η ύλη ακολουθεί το μονοπάτι της ελάχιστης αντίστασης και αυτό σημαίνει ότι ακολουθεί τη βαρυτική καμπύλη του διαστήματος καθώς και την οπτική καμπύλη ενός φακού. Το φως από το QSO2237+0305 κάνει μόνο ό,τι έρχεται φυσικά σερφάροντας στα περιγράμματα του «χωροχρόνου» που τοξώνουν γύρω από πυκνά αστέρια που βρίσκονται κατά μήκος της οπτικής γραμμής από μια μακρινή πηγή μέσω ενός πιο γειτονικού γαλαξία. Το πραγματικά ενδιαφέρον πράγμα για τον Σταυρό του Αϊνστάιν καταλήγει σε αυτό που μας λέει για όλες τις μάζες που εμπλέκονται – εκείνες στον γαλαξία που διαθλούν το φως και το Μεγάλο στην καρδιά του κβάζαρ που το πηγάζει.
Στην εργασία τους «Reconstruction of the microlensing light curves of the Einstein Cross» ο Κορεάτης αστροφυσικός Dong-Wook Lee (et al) του Πανεπιστημίου Sejong σε συνεργασία με τον Βέλγο αστροφυσικό J. Surdez (et al) του Πανεπιστημίου της Λιέγης, βρήκε στοιχεία δίσκος προσαύξησης που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα στο Quasar QSO2237+0305. Πώς είναι δυνατόν κάτι τέτοιο στις αποστάσεις;
Οι φακοί γενικά «συλλέγουν και εστιάζουν το φως» και εκείνοι οι «βαρυτικοί φακοί» (ο Lee στο άλλο θέτει τουλάχιστον πέντε σώματα χαμηλής μάζας αλλά υψηλής συμπύκνωσης) εντός του PGC 69457, κάνουν το ίδιο. Με αυτόν τον τρόπο, το φως από ένα κβάζαρ που κανονικά θα ταξίδευε πολύ μακριά από τα όργανά μας «τυλίγει» τον γαλαξία για να έρθει προς το μέρος μας. Εξαιτίας αυτού «βλέπουμε» 100.000 φορές περισσότερες λεπτομέρειες από ό,τι είναι δυνατόν. Αλλά υπάρχει μια ατάκα: Παρά το γεγονός ότι έχουμε 100.000 φορές μεγαλύτερη ανάλυση, εξακολουθούμε να βλέπουμε μόνο φως, όχι λεπτομέρεια. Και επειδή υπάρχουν πολλές μάζες που διαθλούν το φως στον γαλαξία, βλέπουμε περισσότερες από μία όψεις του κβάζαρ.
Για να λάβετε χρήσιμες πληροφορίες από το κβάζαρ, πρέπει να συλλέξετε φως για μεγάλες χρονικές περιόδους (μήνες έως χρόνια) και να χρησιμοποιήσετε ειδικούς αναλυτικούς αλγόριθμους για να συγκεντρώσετε τα δεδομένα που προκύπτουν. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται από τον Lee και τους συνεργάτες του ονομάζεται LOHCAM (LOcal Hae CAustic Modeling). (Το ίδιο το HAE είναι ακρωνύμιο για τα συμβάντα υψηλής ενίσχυσης). Χρησιμοποιώντας το LOHCAM και τα διαθέσιμα δεδομένα από το OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) και το GLIPT (Gravitational Lens International Time Project), η ομάδα προσδιόρισε όχι μόνο ότι το LOHCAM λειτουργεί όπως αναμενόταν αλλά ότι το QSO2237+0305 μπορεί να περιλαμβάνει έναν ανιχνεύσιμο δίσκο προσαύξησης (από τον οποίο αντλεί ύλη για να τροφοδοτήσει τον ελαφρύ κινητήρα του). Η ομάδα προσδιόρισε επίσης την κατά προσέγγιση μάζα της μαύρης τρύπας των κβάζαρ, το μέγεθος της υπεριώδους περιοχής που ακτινοβολεί από αυτήν και υπολόγισε την εγκάρσια κίνηση της μαύρης τρύπας καθώς κινείται σε σχέση με τον σπειροειδή γαλαξία.
Η κεντρική μαύρη τρύπα στο Quasar QSO2237+0305 πιστεύεται ότι έχει συνδυασμένη μάζα 1,5 δισεκατομμυρίων Ήλιων - μια τιμή που συναγωνίζεται αυτές των μεγαλύτερων κεντρικών μαύρων τρυπών που έχουν ανακαλυφθεί ποτέ. Ένας τέτοιος μαζικός αριθμός αντιπροσωπεύει το 1 τοις εκατό του συνολικού αριθμού των αστεριών στον δικό μας γαλαξία Γαλαξία. Εν τω μεταξύ και συγκριτικά, η μαύρη τρύπα του QSO2237+0305 είναι περίπου 50 φορές μεγαλύτερη από αυτή στο κέντρο του γαλαξία μας.
Με βάση τις «διπλές κορυφές» της φωτεινότητας από το κβάζαρ, ο Lee et al χρησιμοποίησαν το LOHCAM για να προσδιορίσουν επίσης το μέγεθος του δίσκου προσαύξησης του QSO2237+0305, τον προσανατολισμό του και ανίχνευσαν μια κεντρική περιοχή συσκότισης γύρω από την ίδια τη μαύρη τρύπα. Ο ίδιος ο δίσκος έχει διάμετρο περίπου το 1/3 του έτους φωτός και είναι στραμμένος προς το μέρος μας.
Εντυπωσιασμένος; Λοιπόν, ας προσθέσουμε επίσης ότι η ομάδα έχει καθορίσει τον ελάχιστο αριθμό μικροφακών και σχετικών μαζών που βρέθηκαν στον γαλαξία φακών. Ανάλογα με την εγκάρσια ταχύτητα που υποτίθεται (στη μοντελοποίηση LOHCAM), το μικρότερο εύρος από αυτό ενός γίγαντα αερίου – όπως ο πλανήτης Δίας – έως αυτό του δικού μας Ήλιου.
Λοιπόν, πώς λειτουργεί αυτό το πράγμα 'τρύπα';
Τα έργα OGLE και GLIPT παρακολούθησαν αλλαγές στην ένταση του οπτικού φωτός που ρέει προς εμάς από καθεμία από τις τέσσερις όψεις 17ου μεγέθους του κβάζαρ. Δεδομένου ότι τα περισσότερα κβάζαρ είναι άλυτα, λόγω των μεγάλων αποστάσεων τους στο διάστημα, με τηλεσκόπιο. Οι διακυμάνσεις στη φωτεινότητα θεωρούνται μόνο ως ένα μόνο σημείο δεδομένων που βασίζεται στη φωτεινότητα ολόκληρου του κβάζαρ. Ωστόσο, το QSO2237+0305 παρουσιάζει τέσσερις εικόνες του κβάζαρ και κάθε εικόνα τονίζει τη φωτεινότητα που προέρχεται από διαφορετική οπτική γωνία του κβάζαρ. Με την τηλεσκοπική παρακολούθηση και των τεσσάρων εικόνων ταυτόχρονα, μπορούν να εντοπιστούν και να καταγραφούν μικρές διακυμάνσεις στην ένταση της εικόνας ως προς το μέγεθος, την ημερομηνία και την ώρα. Σε διάστημα αρκετών μηνών έως ετών, μπορεί να συμβεί σημαντικός αριθμός τέτοιων «γεγονότων υψηλής ενίσχυσης». Τα μοτίβα που προκύπτουν από την εμφάνισή τους (από τη μια άποψη 17ου μεγέθους στην επόμενη) μπορούν στη συνέχεια να αναλυθούν για να δείξουν την κίνηση και την ένταση. Από αυτό είναι δυνατή μια προβολή εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης μιας κανονικά αόρατης δομής μέσα στο κβάζαρ.
Θα μπορούσατε εσείς και ο φίλος σας με αυτό το dob-newtonian 20 ιντσών να το κάνετε αυτό;
Σίγουρα – αλλά όχι χωρίς πολύ ακριβό εξοπλισμό και καλό χειρισμό σε ορισμένους πολύπλοκους μαθηματικούς αλγόριθμους απεικόνισης. Ένα ωραίο μέρος για να ξεκινήσετε, ωστόσο, μπορεί να είναι απλώς να κοιτάξετε τον γαλαξία και να παραμείνετε με το σταυρό για λίγο…
Σε σενάριο Jeff Barbour