Bildnachweis: Hubble
Die Spiralgalaxie PGC 69457 befindet sich in der Nähe der Grenze der Fallkonstellationen Pegasus und Aquarius, etwa 3 Grad südlich von Theta Pegasi der dritten Größe - aber graben Sie diesen 60-mm-Refraktor nicht aus, um danach zu suchen. Die Galaxie ist tatsächlich etwa 400 Millionen Lichtjahre entfernt und hat eine scheinbare Helligkeit von 14,5. Der nächste Herbst könnte also ein guter Zeitpunkt sein, um sich mit Ihrem „Astro-Nuss“ -Freund zu treffen, der immer in den Sonnenuntergang aufbricht, um sich mit einem größeren, viel größeren Amateurinstrument von den Lichtern der Stadt zu entfernen…
Aber es gibt viele Galaxien der 14. Größe am Himmel - was macht PGC 69457 so besonders?
Zunächst blockieren die meisten Galaxien nicht die Sicht auf einen noch weiter entfernten Quasar (QSO2237 + 0305). Und sollten andere existieren, haben nur wenige genau die richtige Verteilung von Körpern mit hoher Dichte, die erforderlich sind, damit sich das Licht so „biegt“, dass ein ansonsten unsichtbares Objekt sichtbar ist. Mit PGC 69457 erhalten Sie nicht nur eine, sondern vier separate Ansichten der 17. Größe desselben Quasars, um ein 20-Zoll-Dobsonian-Fachwerkrohr einzurichten. Lohnt es sich? (Können Sie sagen, dass sich Ihr Beobachtungsvergnügen vervierfacht?)
Das Phänomen hinter einer solchen Sichtweise ist für professionelle Astronomen jedoch noch interessanter. Was können wir aus einem so einzigartigen Effekt lernen?
Die Theorie ist bereits gut etabliert - Albert Einstein hat sie in seiner „Allgemeinen Relativitätstheorie“ von 1915 vorhergesagt. Einsteins Kernidee war, dass ein Beobachter, der einer Beschleunigung ausgesetzt ist, und ein stationärer Beobachter in einem Gravitationsfeld den Unterschied zwischen den beiden in Bezug auf ihr „Gewicht“ nicht erkennen konnten ”. Durch die umfassende Erforschung dieser Idee wurde klar, dass nicht nur Materie, sondern auch Licht (obwohl es masselos ist) dieselbe Art von Verwirrung erfährt. Aus diesem Grund wird Licht, das sich einem Gravitationsfeld in einem Winkel nähert, in Richtung der Schwerkraftquelle "beschleunigt". Da die Lichtgeschwindigkeit jedoch konstant ist, wirkt sich eine solche Beschleunigung nur auf den Weg und die Wellenlänge des Lichts aus, nicht auf seine tatsächliche Geschwindigkeit.
Die Gravitationslinse selbst wurde erstmals während der totalen Sonnenfinsternis von 1919 entdeckt. Dies wurde als leichte Verschiebung der Positionen von Sternen in der Nähe der Sonnenkorona angesehen, wie sie auf fotografischen Platten festgehalten wurden. Aufgrund dieser Beobachtung wissen wir jetzt, dass Sie keine Linse benötigen, um Licht zu biegen - oder sogar Wasser, um das Bild der im Teich schwimmenden Koi zu brechen. Lichtähnliche Materie nimmt den Weg des geringsten Widerstands und das bedeutet, dass sie sowohl der Gravitationskurve des Raums als auch der optischen Kurve einer Linse folgt. Das Licht von QSO2237 + 0305 macht nur das, was auf natürliche Weise kommt, indem es durch die Konturen der „Raum-Zeit“ surft, die sich um dichte Sterne drehen, die entlang der Sichtlinie von einer entfernten Quelle durch eine benachbarte Galaxie liegen. Das wirklich Interessante an Einsteins Kreuz ist, was es uns über alle beteiligten Massen erzählt - jene in der Galaxie, die das Licht brechen, und die große im Herzen des Quasars, der es erzeugt.
Der koreanische Astrophysiker Dong-Wook Lee (et al.) Von der Universität Sejong in Zusammenarbeit mit dem belgischen Astrophysiker J. Surdez (et al.) Von der Universität Lüttich fand in seiner Arbeit „Rekonstruktion der Mikrolinsen-Lichtkurven des Einsteinkreuzes“ Hinweise auf eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch in Quasar QSO2237 + 0305. Wie ist so etwas in den Entfernungen möglich?
Linsen im Allgemeinen „sammeln und fokussieren Licht“ und diese „Gravitationslinsen“ (Lee setzt mindestens fünf massearme, aber stark kondensierte Körper voraus) in PGC 69457 tun dasselbe. Auf diese Weise „umhüllt“ das Licht eines Quasars, das sich normalerweise weit von unseren Instrumenten entfernt, die Galaxie, um auf uns zuzukommen. Aus diesem Grund „sehen“ wir 100.000 Mal mehr Details als sonst möglich. Aber es gibt einen Haken: Trotz der 100.000-mal höheren Auflösung sehen wir immer noch nur Licht, keine Details. Und weil es in der Galaxie mehrere Massen gibt, die Licht brechen, sehen wir mehr als eine Ansicht des Quasars.
Um nützliche Informationen aus dem Quasar zu erhalten, müssen Sie Licht über lange Zeiträume (Monate bis Jahre) sammeln und spezielle Analysealgorithmen verwenden, um die resultierenden Daten zusammenzuführen. Die von Lee und Mitarbeitern verwendete Methode heißt LOHCAM (LOcal Hae CAustic Modeling). (HAE selbst ist eine Abkürzung für High Amplification Events). Unter Verwendung von LOHCAM und Daten, die von OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) und GLIPT (Gravitational Lens International Time Project) verfügbar sind, stellte das Team nicht nur fest, dass LOHCAM wie erhofft funktioniert, sondern dass QSO2237 + 0305 möglicherweise eine nachweisbare Akkretionsscheibe enthält (aus der es Materie zieht) um seine Light Engine anzutreiben). Das Team hat auch die ungefähre Masse des Schwarzen Lochs der Quasare und die Größe des von ihm ausgehenden ultravioletten Bereichs bestimmt und die Querbewegung des Schwarzen Lochs geschätzt, wenn es sich relativ zur Spiralgalaxie bewegt.
Es wird angenommen, dass das zentrale Schwarze Loch in Quasar QSO2237 + 0305 eine Gesamtmasse von 1,5 Milliarden Sonnen hat - ein Wert, der mit dem der größten zentralen Schwarzen Löcher konkurriert, die jemals entdeckt wurden. Eine solche Massenzahl entspricht 1 Prozent der Gesamtzahl der Sterne in unserer eigenen Milchstraße. Im Vergleich dazu ist das Schwarze Loch von QSO2237 + 0305 ungefähr 50-mal so massereich wie das im Zentrum unserer eigenen Galaxie.
Basierend auf „Doppelpeaks“ in der Leuchtkraft des Quasars verwendeten Lee et al. LOHCAM, um auch die Größe der Akkretionsscheibe von QSO2237 + 0305 und ihre Ausrichtung zu bestimmen und einen zentralen Verdunkelungsbereich um das Schwarze Loch selbst zu erkennen. Die Scheibe selbst hat einen Durchmesser von ungefähr 1/3 eines Lichtjahres und ist uns zugewandt.
Beeindruckt? Fügen wir hinzu, dass das Team die Mindestanzahl von Mikrolinsen und verwandten Massen in der Linsengalaxie bestimmt hat. Abhängig von der angenommenen Quergeschwindigkeit (bei der LOHCAM-Modellierung) reicht der kleinste Bereich von dem eines Gasriesen - wie dem Planeten Jupiter - bis zu dem unserer eigenen Sonne.
Wie funktioniert dieses „Loch“?
Die Projekte OGLE und GLIPT überwachten Änderungen in der Intensität des visuellen Lichts, das aus jeder der vier Ansichten des Quasars der 17. Größe zu uns strömt. Da die meisten Quasare aufgrund ihrer großen räumlichen Entfernungen per Teleskop nicht auflösbar sind. Schwankungen der Leuchtkraft werden nur als ein einzelner Datenpunkt betrachtet, der auf der Helligkeit des gesamten Quasars basiert. QSO2237 + 0305 zeigt jedoch vier Bilder des Quasars und jedes Bild hebt die Leuchtkraft hervor, die aus einer anderen Perspektive des Quasars stammt. Durch gleichzeitige teleskopische Überwachung aller vier Bilder können geringfügige Abweichungen der Bildintensität in Bezug auf Größe, Datum und Uhrzeit erkannt und aufgezeichnet werden. Über mehrere Monate bis Jahre kann eine beträchtliche Anzahl solcher "Ereignisse mit hoher Verstärkung" auftreten. Muster, die aus ihrem Auftreten hervorgehen (von einer Ansicht der 17. Größe zur nächsten), können dann analysiert werden, um Bewegung und Intensität zu zeigen. Hieraus ist eine super hochauflösende Ansicht einer normalerweise unsichtbaren Struktur innerhalb des Quasars möglich.
Könnten Sie und Ihr Freund mit diesem 20-Zoll-Dob-Newtonianer dies tun?
Sicher - aber nicht ohne eine sehr teure Ausrüstung und einen guten Umgang mit einigen komplexen mathematischen Bildgebungsalgorithmen. Ein guter Anfang könnte jedoch einfach sein, die Galaxie zu googeln und eine Weile mit dem Kreuz zu hängen…
Geschrieben von Jeff Barbour
