Odległe galaktyki widoczne dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu

Nigdy wcześniej nie wykonano astrofizycznych pomiarów światła tak wysokiej energii z tak daleka. Około 7 miliardów lat temu doszło do potężnej eksplozji czarnej dziury w centrum  jednej z galaktyk. Efektem był wybuch promieniowania gamma o wysokim natężeniu. Wiele teleskopów, w tym także MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope), uchwyciło to światło. Przy okazji było to kolejne potwierdzenie Ogólnej Teorii Względności Einsteina, gdyż promienie światła po drodze na Ziemię napotkały mniej odległą galaktykę, co spowodowało ich odchylenie w procesie tak zwanego soczewkowania grawitacyjnego.

Obiekt QSO B0218+357 jest blazarem, typem czarnej dziury. Badacze zakładają, że w centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Czarne dziury, na które ciągle opada materia, nazywamy aktywnymi czarnymi dziurami. Emitują one ekstremalnie jasne dżety. Gdy taki wybuch zostanie skierowany w stronę Ziemi, używamy pojęcia blazar.

QSO B0218+357 został odkryty 14 lipca 2014 roku przez Large Area Telescope (LAT) satelity Fermi. Zdarzenie to miało miejsce 7 miliardów lat temu. Tuż po pierwszym wykryciu blazara, wszystkie teleskopy naziemne obserwujące w promieniach gamma zostały skierowane w tamtą stronę. Wśród nich był też MAGIC, znajdujący się na Wyspach Kanaryjskich, który specjalizuje się w obserwacjach promieniowania gamma wysokich energii. Może uchwycić fotony, których energia jest 100 miliardów razy wyższa niż fotonów emitowanych przez nasze Słońce oraz tysiąc razy wyższa, niż zmierzona przez Fermi-LAT.

Ponieważ w tym czasie trwała pełnia Księżyca, MAGIC nie mógł prowadzić obserwacji. 11 dni później nadarzyła się okazja. Jednak promienie gamma emitowane przez QSO B0218+357 nie były dokładnie skierowane na Ziemię. Miliard lat po wyruszeniu, osiągnęły galaktykę B0218+357G. I tutaj pojawia się Ogólna Teoria Względności Einsteina. Pokazuje ona, że duże masy we Wszechświecie, jak na przykład galaktyki, uginają światło obiektu znajdującego się za nimi. Dodatkowo, światło jest ogniskowane jakby przez olbrzymią soczewkę optyczną, przez co obiekt wydaje się być jaśniejszy ale także nieco zniekształcony. Promienie światła potrzebują także różnych okresów czasu aby przejść przez soczewkę, w zależności od kąta obserwacji.

Owo soczewkowanie grawitacyjne było powodem, dzięki któremu MAGIC był zdolny do mierzenia QSO B0218+357 - najodleglejszego obiektu obserwowanego w widmie wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Dzięki obserwacjom przeprowadzonym w 2012 z teleskopu Fermi oraz innych teleskopów radiowych astronomowie widzieli, że drugi sygnał nadejdzie 11 dni później. “Pierwszy raz byliśmy w stanie stwierdzić, że wysokoenergetyczne fotony były odchylane przez soczewkę grawitacyjną” - mówi Julian Sitrek z Uniwersytetu Łódzkiego, który przewodził badaniami.

Fakt, że promieniowanie gamma o tak wysokiej energii z odległego ciała niebieskiego osiągnęło atmosferę ziemską, wcale nie jest taki oczywisty. Wiele promieni gamma jest traconych w wyniku oddziaływania z fotonami pochodzącymi z galaktyk czy gwiazd, i mają niższą energię. Wraz z obserwacjami MAGIC część Wszechświata, obserwowana w promieniach gamma, podwoiła się.

Więcej informacji:

Detour via gravitational lens makes distant galaxy visible

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
phys.org

Na zdjęciu: Teleskopy MAGIC na kanaryjskiej wyspie La Palma. Źródło: Robert Wagner.