Euclid har upptäckt en Einsteinring som förvånar astronomer

 

Bild  https://www.esa.int  Euclid bild av en ljusstark Einsteinring runt galaxen NGC 6505

Den 1 juli 2023 gav sig Euclid  (Dark Universe Explorer Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer) iväg på sitt sex år långa uppdrag att utforska mörkret i universum. Innan rymdfarkosten kunde påbörja sin kartläggning undersökte teamet av forskare och ingenjörer på jorden att allt fungerade som det skulle. Under denna tidiga testfas, i september 2023, skickade Euclid bilder tillbaka till jorden. De var bilder tagna  medvetet  ur fokus,  i en suddig bild såg Eugens arkivforskare Bruno Altieri en antydan till ett mycket speciellt fenomen och bestämde sig för att ta en närmare titt på detta objekt.

Det var en Einsteinring ett extremt sällsynt fenomen som visade sig gömma sig i en galax. I galaxen NGC 6505 som finns cirka 590 miljoner ljusår från jorden. Det här är första gången som ringen av ljus som omger denna galax centrum detekteras och det genom Euclid högupplösta instrument. Ringen runt NGC 6505  i förgrunden består av ljus från en ljusstark galax längre bort i tid och rum. Denna bakgrundsgalax ligger 4,42 miljarder ljusår bort och dess ljus har förvrängts av gravitation på sin väg till oss. Den avlägsna galaxen har inte observerats tidigare och har ännu inget namn.

"En Einsteinring är ett exempel på stark gravitationslinsing", förklarar Conor O'Riordan, vid Max Planck-institutet för astrofysik i Tyskland, och huvudförfattare till den första vetenskapliga artikeln om analyseringen av ringen. – Alla starka gravitationslinsingar är speciella eftersom de är så sällsynta och otroligt användbara vetenskapligt. Den här är särskilt speciell, eftersom den finns relativt nära jorden och linjeringen gör den väldigt vacker."

Albert Einsteins allmänna relativitetsteori förutsäger att ljus  böjer sig runt objekt i rymden så att ljuset fokuserar som en gigantisk lins. Denna gravitationslinseffekt är större för massiva objekt av galaxer och galaxhopar. Det betyder att vi ibland kan se ljuset från avlägsna galaxer som annars skulle vara dolda i tid och rum.

Om inriktningen är precis rätt böjs ljuset från den avlägsna galaxen och bildar en spektakulär ring runt en galax som finns närmare oss.  Einsteinringar är ett rikt laboratorium för forskare. Att studera deras gravitationseffekter kan hjälpa oss att lära mer om universums expansion, upptäcka effekterna av osynlig mörk materia och mörk energi och undersöka bakgrundskällan vars ljus böjs av mörk materia mellan oss och källan. 

– Jag tycker att det är väldigt intressant att den här ringen observerades i en välkänd galax som upptäcktes för första gången 1884, beskriver Valeria Pettorino, forskare vid ESA:s Euclid-projekt. – Galaxen har varit känd för astronomer under en väldigt lång tid och ändå har denna ring aldrig observerats tidigare. Detta visar hur kraftfull Euclid är som hittar nya fenomen även på platser som vi trodde att vi kände till väl. Upptäckten är mycket uppmuntrande för Euclid-uppdragets framtid och visar på dess kapacitet.

En uråldrig galax hittades av Webbteleskopet

 

En massiv uråldrig galax som fått beteckningen JWST-ER1g  och som bildades när universum var en fjärdedel av sin nuvarande ålder upptäcktes nyligen av Webbteleskopet.

Fenomenet Einsteinring är förknippad med denna galax. Einsteinring är en term inom astronomin för den deformation i form av en ring som ljuset från en avlägsen källa, ex en galax eller en stjärna, bildar genom att ljuset böjs på grund av påverkan av gravitationen från en stor massa (som en annan galax eller ett svart hål) på sin väg mot oss (något som finns mellan oss och källan). En gravitationslinsning  är ett fenomen som bryter ljuset från en ljuskälla på dess väg till observatören och förstorar källans ljus. Fenomenet förutspåddes i Einsteins allmänna relativitetsteori. 

Den totala massan som är innesluten inom Einsteinringens radie – har två komponenter: stjärnmassa och mörk materia.  Även om mörk materia aldrig har upptäckts i laboratorier är fysiker övertygade om att mörk materia finns och utgör 85 procent av universums materia (jag däremot tvekar på detta och anser att det antingen är en form av vanlig materia vi inte förstår  eller bör vi helt övergå till strängteorin).

"Om vi subtraherar stjärnmassan från den totala massan får vi den mörka materians massa inom Einsteins ring", beskriver Hai-Bo Yu, professor i fysik och astronomi vid University of California,

"När vanlig materia – orörd gas och stjärnor – kollapsar och kondenseras till den mörka materians halo i JWST-ER1g, kan det komprimera halon, vilket leder till en hög densitet", beskriver Demao Kong,  andraårsdoktorand vid UCR, som var den som ledde analysen. – Våra numeriska studier visar att den här mekanismen kan förklara den höga koncentrationen av mörk materia i einsteinringen runt JWST-ER1g. 

Enligt Daneng Yang, postdoktoral forskare vid UCR och medförfattare till artikeln, ger JWST-ER1g, som bildades 3,4 miljarder år efter Big Bang, "en fantastisk möjlighet att lära oss om mörk materia".

"Detta starka linsobjekt är unikt eftersom det är en perfekt Einstein-ring, från vilken vi kan få värdefull information om den totala massan inom Einsteins radie vilket är ett steg för att testa mörk materias egenskaper", beskriver Yang.

"JWST ger oss en aldrig tidigare skådad möjlighet att observera uråldriga galaxer som bildades när universum var ungt", beskriver Yu.

Studien stöddes av John Templeton Foundation och U.S. Department of Energy.

Bild vikipedia (engelsk). Einsteinring.

Galax GAL-CLUS-022058s utseende liknar en smält metallring.

 

Den tunna men från vår synvinkel eleganta galaxen på bilden ovan är ett exempel på ett märkligt och mycket sällsynt fenomen. Bilden är tagen med NASA/ESA Hubble Space Telescope och föreställer GAL-CLUS-022058s, som ses från det södra halvklotets konstellation i stjärnbilden ugnen.

GAL-CLUS-022058s är den största och en av de mest kompletta Einsteinringar som  upptäckts. Objektet har fått smeknamnet "Smältring", vilket anspelar på dess utseende. Detta fenomens existens ansåg Newton skulle kunna existera. Nu först har det bekräftats.

 I Einsteins allmänna relativitetsteori förklaras fenomenet som en process som kallas gravitationell linsning, orsakad av att ljus kommer långt borta och böjs på sin väg i en ny riktning av  i ett objekt mellan källan och observatören.

I det här fallet har ljuset från bakgrundens galaxer förvrängts in i kurvan vi ser  galax klustret framför den. Den nära exakta inriktningen av bakgrunden av den centrala elliptiska galaxen i klustret ses i mitten av denna bild och har gett en skev och förstorande bild av bakgrunden och visar därför galaxen som en nästan perfekt ring. Gravitation från andra galaxer i klustret orsakar ytterligare snedvridningar. Bild från NASA 

 

Objekt som dessa är idealiska för att studera galaxer som ofta är för svaga och avlägsna för att annars ses utan detta fenomen som kallas gravitationslinsning.

 Bild på galaxen finns i länk som medföljer nedre bilden. Denna bild som ses längst upp är från vikipedia och här förklaras gravitationslinsfenomenet. Ljus böjs i närheten av massiva objekt. De orangea linjerna visar objektets skenbara position och de vita linjerna visar ljusets väg från källans verkliga position.

Ytterligare en Einsteinring upptäckt däruppe. Förklaringen på vad en sådan är medföljer nedan.

Upptäckterna av dessa ringar är reaktivt nya och antalet av dem verkar vara få.

Nu har dock ännu en upptäckts. Ringen i en Einsteinring är alltid blå. Åldern ca 10 miljarder år den tid då universum var och blå stjärnor var de första stjärnorna och mycket heta.

Men vad är då en sådan ring?

Citat från Vikipedia: "Einsteinring är en term inom astronomin för den deformation i form av en ring som ljuset från en källa, så som en galax eller en stjärna bildar, genom att ljuset böjs på grund av påverkan av gravitationen från en enormt stor massa (som en annan galax eller ett svart hål). Detta inträffar när källan, massan och observatören är på en perfekt linje. Den första hela Einsteinringen som upptäcktes benämns B1938+666 och upptäcktes 1998 via ett samarbete mellan astronomer vid University of Manchester och NASAs rymdteleskop Hubble"