Einsteinkorset avslöjar dold mörk materia

 

Bild https://www.rutgers.edu/ visar en sällsynt kosmisk konfiguration av ett Einsteinkors med fem ljuspunkter, i stället för de vanliga fyra. P. Cox et al. – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Ett Einsteinkors är en gravitationslinsad kvasar (ljusstark galaxkärna i form av ett ett stort svart hål som drar in materia från stjärnor ex och överglänser hela galaxen där den finns)som bildar fyra bilder av en och samma kvasar runt en central galax. Här är fenomenet troligen  istället omkring ett svart hål.

Ett "Einsteinkors"  är en sällan skådad kosmisk konfiguration, där ljuset från en avlägsen galax böjs av gravitationen från galaxerna framför den, vilket skapar fyra bilder  

Bilden längst upp av Einsteinkors är unikt som visade sig vara en massiv, dold gloria av mörk materia. Existensen av denna osynliga struktur kunde endast härledas genom noggrann datormodellering och analys. Upptäckten gjordes av ett internationellt team  studien är troligen nu publicerad i The Astrophysical Journal.

Mörk materia utgör det mesta av materian i universum, men den kan inte ses direkt. "Vi vet bara att den finns där på grund av hur den påverkar de saker vi kan se, som hur den böjer ljus från avlägsna galaxer", beskriver Baker, professor vid institutionen för fysik och astronomi vid School of Arts and Sciences vid Rutgers, State University of New Jersey och medförfattare till studien. "Den här upptäckten ger oss en sällsynt chans att studera den osynliga strukturen i detalj."

"Vi tänkte, 'Vad sjutton?'", säger Pierre Cox, en fransk astronom, forskningschef vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning och studiens huvudförfattare och den som först upptäckte anomalin i data från Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) radioteleskop i de franska Alperna.

Teamet studerade en avlägsen, dammfylld galax som kallas HerS-3. Med hjälp av NOEMA och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile då såg de att ljuset från HerS-3 delades upp i fem i stället för fyra. Först trodde de att det kunde vara ett fel i insamlad data. Men den femte bilden försvann inte.

Datormodellering av gravitationslinsen av  teoretisk astrofysiker Charles Keeton vid Rutgers university och doktorand Lana Eid vid samma universitet visade att de fyra synliga förgrundsgalaxerna som orsakade gravitationens böjning inte kunde förklara detaljerna i mönstret med fem bilder. Bara genom att lägga till en stor, osynlig massa, i det här fallet en halo av mörk materia, kunde modellen matcha observationerna.

 "Vi provade alla möjliga konfigurationer med bara de synliga galaxerna, men ingen av dem fungerade", beskriver Keeton, som också är professor vid institutionen för fysik och astronomi och medförfattare till studien.  Det enda sättet att få matematiken och fysiken att stämma överens var att lägga till en halo av mörk materia. Det är det som är styrkan i datormodellering. Det hjälper till att avslöja det du inte kan se."

"Det här systemet är som ett naturligt laboratorium", beskriver Cox. "Vi kan studera både den avlägsna galaxen och den osynliga materia som böjer sitt ljus."

Eid som håller på med sin doktorsexamen var medförfattare till studien, beskriver att hennes engagemang i forskningsprojektet har varit spännande från början till slut.

Teamet har förutspått att fler egenskaper, som utströmmande gas från galaxen, skulle kunna vara synliga i framtida observationer. Om dessa förutsägelser bekräftas skulle det vara en kraftfull validering av deras modeller. 

Baker beskriver att upptäckten är avgörande för både internationellt samarbete och USA:s federala stöd till vetenskap. ALMA-teleskopet i Chile och Very Large Array (VLA) i New Mexico stöds av National Science Foundation, och rymdteleskopet Hubble stöds av NASA. Alla spelade viktiga roller i det här arbetet, beskriver Cox. 

Ett vackert Einsteinkors.

 

Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver hur massiva föremål förvränger universums så kallade rymdtid. Einstein upptäckte hur gravitation produceras av rumtidens böjning och förvrängning i närvaro av materia och energi.

Detta krökta utrymme ger i sin tur reglerna för hur energi och materia rör sig. Även om ljuset färdas i en rak linje färdas ljus som rör sig genom ett mycket krökt område av rymdtiden, som rymden runt enorma galaxer i en kurva och böjer sig runt galaxen och det kan ses som ett halo.

Hur denna halo ser ut beror på styrkan av galaxens gravitation från observatörens perspektiv. Astronomer har identifierat hundratals Einstein-ringar och de är inte bara eftertraktade för de vackra bilder de ger. Då dessa ringar förstorar ljus då de kröker sig ges en rekonstruktion i ljusuttrycket till den ursprungliga formen vilket förbättrar detaljerna som astronomer kan upptäcka i mycket avlägsna galaxer. En vacker Einsteinríng (inte samma som ovan bild) kan ses i denna medföljande länk från https://www.livescience.com  

Bild vikipedia. Einsteinkorset eller Q2237+030 är en gravitationslinsad kvasar i stjärnbilden Pegasus. Kvasaren är från vår synvinkel belägen bakom galaxen Huchras lins och gravitationen från denna galax gör att bilden från Einsteinkorset når oss som fyra bilder, precis på det sätt som Albert Einstein förutsåg i sin allmänna relativitetsteori. Einsteinkorset är beläget åtta miljarder ljusår bort medan den framförliggande galaxen befinner sig 400 miljoner ljusår bort.