Визуализация эффекта гравитационного линзирования
Международная команда астрономов, используя космическую обсерваторию Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope), разработанную для изучения космоса в диапазоне гамма-излучения, провела первые за всю историю астрономии измерения гравитационной линзы – своего рода естественного телескопа, который образуется за счет того, что массивное тело своим гравитационным полем искривляет направление электромагнитного излучения, что усиливает свет более отдалённого источника.
Это достижение открывает новые возможности для исследований, в том числе создавая способ анализа выбросов, опоясывающих сверхмассивные черные дыры. Не исключается, что благодаря данным «Ферми» астрономы смогут найти и другие гравитационные линзы.
Вслед за открытием данной системы в этом году, несколькими группами астронавтов при использовании различных телескопов и преобразователей частоты было произведено изучение данной пары для характеристики объектов.
По словам ведущего исследователя открытия астрофизика Teddy Cheung из Naval Research Laboratory, он и его коллеги начали задумываться о проведение подобного наблюдения спустя несколько лет после того как «Ферми» начал функционировать на околоземной орбите. В конце 2012 года астрономы из различных научно-исследовательских учреждений объединились, для того, чтобы воплотить задумку в реальность.
В сентябре 2012 года Large Area Telescope (LAT)- главный инструмент обсерватории «Ферми» — зафиксировал серию ярких гамма-лучевых вспышек, исходящих из источника, известного как B0218+357, который находится на расстоянии порядка 4,35 млрд. световых лет от нашей планеты в направлении созвездия Треугольник. Именно эти мощные вспышки в известной системе гравитационной линзы и позволили учёным провести измерения линзы.
Астрономы классифицируют B0218+357, как блазар – объект класса активных галактик, для которого свойственно интенсивное излучение и совершенно непредсказуемое поведение. По центру блазара находится сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллионы, а то и миллиарды раз превосходит массу Солнца. Как известно, вещество по направлению к черной дыре движется по спирали, при этом определённая его часть отбрасывается в обратную сторону, создавая джеты (струи), скорость частиц в которых достигает скорости света.
Задолго до того, как свет, исходящий от B0218+357, достигает Земли, он проходит сквозь спиральную галактику, расположенную примерно в 4 млрд. Световых лет от нашей планеты, которая весьма похожа на Млечный Путь.
За счет гравитационного поля галактики происходит искажение света в различные направления. Благодаря этому астрономы имеют возможность наблюдать за блазаром, который находится непосредственно за ней. То есть они видят его как двойное изображение, разница между частями которыми всего в 1/3 угловой секунды (менее 0,0001 градуса).
Радио- и оптические телескопы не могут производить наблюдения за отдельными блазарами, LAT обсерватории «Ферми» — это также не под силу. Для исследования этой системы, специалисты воспользовались эффектом, который известен как «воспроизведение с задержкой».
Астрофизик Jeff Scargle из Ames Research Center НАСА, который входил в международную команду исследователей, объясняет, что из двух световых дорожек одна немного длиннее, поэтому, когда астрономы фиксируют вспышку на одном изображении, то несколько дней спустя её можно зафиксировать и на другом изображении.
В сентябре 2012 года, когда блазар стал самым ярким зафиксированным источником гамма-излучения за пределами нашей собственной галактики, Jeff Scargle понял, что это уникальная возможность, не воспользоваться которой – преступление. Он наблюдал за блазаром в период с 24 сентября по 1 октября 2012 года. На заседании Американского астрономического общества, проходившем в National Harbor (штат Мэриленд), Jeff Scargle заявил, что ему и его команде удалось зафиксировать 3 «эпизода» вспышек, максимальный временной промежуток между которыми составил 11,46 дней. Интригует тот факт, что задержка гамма-лучей была на один день длиннее, нежели показали радионаблюдения, проводившиеся по аналогичному принципу.
Астрономы полагают, что гамма-лучи не возникают в одних и тех же областях, как в случае с радиоволнами. Поэтому выбросы, вероятнее всего, проходят несколькими путями, чем, собственно, и можно объяснить задержки и амплификации, когда те проходят через линзу.
По словам Stefan Larsson, астрофизика из Stockholm University, вспышки и их повторные проявления в гамма-лучах, характеризуются идентичной яркостью, а в радио-волнах, например, первичная вспышка блазара в 4 раза ярче, нежели последующая.
В конечном итоге гравитация незначительных скоплений вещества в гравитационной линзе может отклонить или усилить гамма-лучи, создавая эффект так называемого микролинзирования. Учёные считают, что сравнение радио- и гамма-лучевых наблюдений за гравитационными линзами позволит по-иному взглянуть на принципы формирования и работу мощных джетов черных дыр.
