Открыт редкий случай гравитационного линзирования — двойное кольцо Эйнштейна


Слева: изображение двойного кольца. Хотя линза первоначально была открыта по данным Слоановского обзора, качественное изображение получено уже Космическим телескопом в рамках проекта SLACS. Справа: увеличенное изображение, с которого убрали галактику-линзу. (Из статьи Gavazzi R. et al., arXiv:0801.1555)
Слева: изображение двойного кольца. Хотя линза первоначально была открыта по данным Слоановского обзора, качественное изображение получено уже Космическим телескопом в рамках проекта SLACS. Справа: увеличенное изображение, с которого убрали галактику-линзу. (Из статьи Gavazzi R. et al., arXiv:0801.1555)

Телескоп «Хаббл» запечатлел красивейший случай гравитационного линзирования — двойное эйнштейновское кольцо. Для этого надо было, чтобы три галактики оказались почти на одной прямой. Обнаружение и детальное исследование нескольких десятков таких систем в рамках будущих проектов даст возможность независимо определять важные космологические параметры. А пока мы можем полюбоваться первым открытым двойным кольцом Эйнштейна.

Гравитационное линзирование известно уже почти сто лет. За это время открыто множество интересных систем и случаев линзирования. Есть красивейшие «кресты Эйнштейна» (Einstein's Cross), есть линзирование на скоплениях галактик. При наблюдениях микролинзирования открываются экзопланеты с массой порядка земной, которые другими методами пока не обнаружимы. И вот удалось увидеть новый любопытный случай линзирования.

Обычно мы имеем дело с двумя телами: источником и гравитационной линзой. Свет от источника, проходя вблизи линзы, испытывает влияние ее гравитационного поля (или, можно сказать, что лучи света двигаются по искривленному пространству). В итоге мы видим искаженное и усиленное изображение источника. То есть массивное тело сработало как самая обыкновенная линза. Но, разумеется, можно придумать и более сложную ситуацию, когда в линзировании участвует несколько тел. Причем, может быть и много источников, и много линз (например, линзирование на двойной звезде или звезде с планетой).

В обнаруженной системе участвуют три объекта: близкая галактика-линза и две далекие галактики-источники, которые и стали кольцами. Галактика, играющая роль линзы, находится на красном смещении z = 0,222. Внутреннее кольцо — на z = 0,609. Где находится второе кольцо, точно не известно, так как для него нет хорошего спектра, но скорее всего, это z = 2–5.

Более далекая галактика S2 линзируется не только собственно линзой L1 (с красным смещением z = 0,222), но и вторым, более близким (z = 0,609) к ней источником S1–L2, поэтому второе (внешнее) кольцо шире. Так что ситуация непростая, и авторы детально ее моделируют. На рисунке наблюдатель находится в точке О. L1 — ближайшая к нам галактика из трех. Она играет роль линзы. S1–L2 — это промежуточная галактика. Она дает внутреннее кольцо. Обозначение S1=L2 (S — source, L — lense) означает, что это и источник (для линзы L1), и линза (для источника S2). S2 — далекая галактика-источник, порождающая внешнее кольцо. Если бы авторы не учли линзирование на промежуточной галактике, то S2 оказалась бы на большом красном смещении порядка 5 (справа на рисунке). Учет вклада второй линзы придвигает далекую галактику к нам (левая точка S2). Рис. из обсуждаемой статьи в astro-ph
Более далекая галактика S2 линзируется не только собственно линзой L1 (с красным смещением z = 0,222), но и вторым, более близким (z = 0,609) к ней источником S1–L2, поэтому второе (внешнее) кольцо шире. Так что ситуация непростая, и авторы детально ее моделируют. На рисунке наблюдатель находится в точке О. L1 — ближайшая к нам галактика из трех. Она играет роль линзы. S1–L2 — это промежуточная галактика. Она дает внутреннее кольцо. Обозначение S1=L2 (S — source, L — lense) означает, что это и источник (для линзы L1), и линза (для источника S2). S2 — далекая галактика-источник, порождающая внешнее кольцо. Если бы авторы не учли линзирование на промежуточной галактике, то S2 оказалась бы на большом красном смещении порядка 5 (справа на рисунке). Учет вклада второй линзы придвигает далекую галактику к нам (левая точка S2). Рис. из обсуждаемой статьи в astro-ph

В принципе, линзы с двумя галактиками-источниками должны встречаться не так уж редко: раз на 40–80 случаев сильного линзирования. А сильное линзирование встречается примерно раз на 200 массивных галактик ранних типов. Тем не менее, красивое двойное кольцо Эйнштейна найдено впервые. Ведь для получения двух эйнштейновских колец надо, чтобы выравнивание галактик на одной прямой было очень хорошим. Неудивительно, что сделано это в рамках Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Причем, авторам повезло: столь редкий зверь попался после обнаружения примерно 90 линз.

Слоановский цифровой обзор неба реализуется на 2,5-метровом телескопе, установленном в штате Нью-Мексико. Первая фаза проекта, во время которой было получено изображение примерно 1/5 неба, была закончена в 2005 году. Вторая фаза будет закончена в этом году. Данные SDDS — это лучшая база по трехмерной структуре вселенной, так как основной задачей проекта является определение расстояний до галактик и квазаров. Однако столь высококачественный обзор позволяет решать и другие задачи. Например, данные SDSS используют для изучения звезд, для поиска слабых галактик-спутников нашей и т. д. Используют его и для поиска гравитационных линз. Этот проект называется SLACS. В рамках этого проекта цели, выбранные по результатам SDSS, наблюдают на Космическом телескопе. А потом, чтобы получить спектры выбранных объектов, — на крупных наземных телескопах (VLT, Keck и т. д.).

Будущие проекты (JDEM, DUNE) смогут более эффективно находить линзы с двумя источниками. Авторы показывают, что имея около 50 таких систем с известными красными смещениями для всех трех галактик (два источника и линза), можно будет получать важные космологические параметры: долю массы темного вещества и показатель, характеризующий уравнение состояния темной энергии.

Источник: Gavazzi R. et al. The Sloan Lens ACS Survey. VI: Discovery and analysis of a double Einstein ring // astro-ph, 10 Jan 2008; arXiv:0801.1555.

Сергей Попов

<< Назад