Bildnachweis: SDSS
Gravitationslinsen treten auf, wenn das Licht eines entfernten Objekts wie eines Quasars durch die Schwerkraft eines näheren Objekts verzerrt wird. Astronomen haben eine solche Linse entdeckt, bei der die Verzerrungen so groß sind, dass sie durch eine erhebliche Menge dunkler Materie verursacht werden müssen - das sichtbare Material allein könnte nicht dafür verantwortlich sein. Dunkle Materie wird durch ihren Gravitationseinfluss auf Galaxien und Sterne im Universum vorhergesagt, aber bisher sind sich Astronomen nicht wirklich sicher, was es ist. ob es sich nur um normale Materie handelt, die zu kalt ist, um von der Erde aus gesehen zu werden, oder um eine Art exotisches Teilchen.
Wissenschaftler des Sloan Digital Sky Survey haben einen Quasar mit Gravitationslinsen mit der größten jemals aufgezeichneten Trennung entdeckt und entgegen den Erwartungen festgestellt, dass vier der entferntesten und leuchtendsten Quasare, die bekannt sind, nicht mit Gravitationslinsen versehen sind.
Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass die Anziehungskraft eines massiven Körpers als Linse wirken und das Licht eines entfernten Objekts biegen und verzerren kann. Eine massive Struktur irgendwo zwischen einem entfernten Quasar und der Erde kann das Licht eines Quasars „linsen“, wodurch das Bild wesentlich heller wird und mehrere Bilder eines Objekts erzeugt werden.
In einem Artikel, der in der Ausgabe des NATURE-Magazins vom 18./25. Dezember veröffentlicht wurde, berichtet ein Team der Sloan Digital Sky Survey (SDSS) unter der Leitung der Absolventen der Universität Tokio, Naohisa Inada und Masamune Oguri, dass vier Quasare in unmittelbarer Nähe tatsächlich das Licht sind von einem Quasar, der durch Gravitationslinsen in vier Bilder aufgeteilt wurde.
Seit dem ersten Beispiel im Jahr 1979 wurden mehr als 80 Quasare mit Gravitationslinsen entdeckt. Ein Dutzend der katalogisierten Quasare mit Linsen sind SDSS-Entdeckungen, von denen die Hälfte das Ergebnis der Arbeit von Inada und seinem Team ist.
Was diesen neuesten Befund jedoch so dramatisch macht, ist, dass der Abstand zwischen den vier Bildern doppelt so groß ist wie der eines bisher bekannten Quasars mit Gravitationslinsen. Bis zur Entdeckung dieses Vierfachlinsenquasars betrug der größte bekannte Abstand in einem Quasar mit Gravitationslinsen 7 Bogensekunden. Der vom SDSS-Team gefundene Quasar liegt im Sternbild Leo Minor; Es besteht aus vier Bildern, die durch 14,62 Bogensekunden voneinander getrennt sind.
Um eine so große Trennung zu erzeugen, muss die Konzentration der Materie, die zur Linsenbildung führt, besonders hoch sein. Im Vordergrund dieser Gravitationslinse befindet sich eine Ansammlung von Galaxien. Die mit dem Cluster verbundene dunkle Materie muss für die beispiellose große Trennung verantwortlich sein.
„Zusätzliche Beobachtungen am 8,2-Meter-Teleskop Subaru und am Keck-Teleskop haben bestätigt, dass es sich bei diesem System tatsächlich um eine Gravitationslinse handelt“, erklärt Inada. "Quasare, die durch Gravitationslinsen so stark gespalten werden, werden als sehr selten vorausgesagt und können daher nur in sehr großen Untersuchungen wie dem SDSS entdeckt werden."
Oguri fügte hinzu: „Die Entdeckung einer derart breiten Gravitationslinse aus über 30.000 bisher untersuchten SDSS-Quasaren entspricht vollkommen den theoretischen Erwartungen von Modellen, in denen das Universum von kalter dunkler Materie dominiert wird. Dies bietet zusätzliche starke Beweise für solche Modelle. “ (Kalte dunkle Materie bildet im Gegensatz zu heißer dunkler Materie enge Klumpen, die diese Art von Gravitationslinse verursachen.)
"Die von uns entdeckte Gravitationslinse bietet ein ideales Labor, um die Beziehung zwischen sichtbaren Objekten und unsichtbarer dunkler Materie im Universum zu untersuchen", erklärte Oguri.
In einem zweiten Artikel, der im März 2004 im Astronomical Journal veröffentlicht werden soll, untersuchte ein Team unter der Leitung von Gordon Richards von der Princeton University mit der hohen Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops vier der am weitesten entfernten bekannten Quasare, die von SDSS entdeckt wurden, auf Anzeichen von Gravitationslinsen .
Der Blick auf große Entfernungen in der Astronomie ist ein Rückblick auf die Zeit. Diese Quasare werden zu einer Zeit gesehen, als das Universum weniger als 10 Prozent seines gegenwärtigen Alters betrug. Diese Quasare sind enorm leuchtend und werden vermutlich von riesigen Schwarzen Löchern angetrieben, deren Masse mehrere Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne. Die Forscher sagten, es sei ein echtes Rätsel, wie sich so massive Schwarze Löcher so früh im Universum gebildet haben könnten. Wenn diese Objekte jedoch durch Gravitationslinsen betrachtet werden, würden SDSS-Forscher auf wesentlich geringere Leuchtdichten und damit auf Massen von Schwarzen Löchern schließen, was die Erklärung ihrer Entstehung erleichtert.
„Je weiter ein Quasar entfernt ist, desto wahrscheinlicher liegt eine Galaxie zwischen ihm und dem Betrachter. Aus diesem Grund haben wir erwartet, dass die am weitesten entfernten Quasare mit Linsen versehen werden “, erklärte der SDSS-Forscher Xiaohui Fan von der University of Arizona. Entgegen den Erwartungen zeigt jedoch keines der vier Anzeichen von Mehrfachbildern, die das Kennzeichen von Linsen sind.
„Nur ein kleiner Teil der Quasare ist gravitativ. Quasare dieser Helligkeit sind jedoch im fernen Universum sehr selten. Da durch Linsenbildung Quasare heller erscheinen und daher leichter zu erkennen sind, haben wir erwartet, dass unsere entfernten Quasare am wahrscheinlichsten mit Linsen behandelt werden “, schlug Teammitglied Zoltan Haiman von der Columbia University vor.
"Die Tatsache, dass diese Quasare nicht mit Linsen versehen sind, bedeutet, dass Astronomen die Idee ernst nehmen müssen, dass Quasare ein paar Milliarden Mal so groß sind wie die Masse der Sonne, die sich weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gebildet hat", sagte Richards. "Wir suchen jetzt nach weiteren Beispielen für Quasare mit hoher Rotverschiebung in der SDSS, um Theoretikern noch mehr supermassereiche Schwarze Löcher zu erklären."
Originalquelle: SDSS-Pressemitteilung
