Відкрито рідкісний випадок гравітаційного лінзування — подвійне кільце Ейнштейна

Ліворуч: зображення подвійного кільця. Хоча лінза спочатку була відкрита за даними Слоанівського огляду, якісне зображення отримано вже Космічним телескопом в рамках проекту SLACS. Праворуч: збільшене зображення, з якого прибрали галактику-лінзу. (зі статті Gavazzi R. et al., arXiv:0801.1555)

Телескоп «Хаббл» відобразив найкрасивіший випадок гравітаційного лінзування — подвійне ейнштейнівське кільце. Для цього треба було, щоб три галактики опинилися майже на одній прямій. Виявлення і детальне дослідження декількох десятків таких систем в рамках майбутніх проектів дасть можливість незалежно визначати важливі космологічні параметри. А поки ми можемо помилуватися першим відкритим подвійним кільцем Ейнштейна.

Гравітаційне лінзування відомо вже майже сто років. За цей час відкрито безліч цікавих систем і випадків лінзування. Є найкрасивіші «хрести Ейнштейна» (Einstein’s Cross), є лінзування на скупченнях галактик. При спостереженнях мікролінзування відкриваються екзопланети з масою порядку земної, які іншими методами поки не виявлені. І ось вдалося побачити новий цікавий випадок лінзування.

Зазвичай ми маємо справу з двома тілами: джерелом і гравітаційною лінзою. Світло від джерела, проходячи поблизу лінзи, відчуває вплив її гравітаційного поля (або, можна сказати, що промені світла рухаються викривленим простором). У підсумку ми бачимо спотворене і посилене зображення джерела. Тобто масивне тіло спрацювало як найбільш звичайна лінза. Але, зрозуміло, можна придумати і більш складну ситуацію, коли в лінзуванні бере участь кілька тел. Причому, може бути і багато джерел, і багато лінз (наприклад, лінзування на подвійній зірці або зірці з планетою).

У виявленій системі беруть участь три об’єкти: близька галактика-лінза і дві далекі галактики-джерела, які і стали кільцями. Галактика, що грає роль лінзи, знаходиться на червоному зміщенні z = 0,222. Внутрішнє кільце — на z = 0,609. Де знаходиться друге кільце, точно не відомо, так як для нього немає хорошого спектру, але швидше за все, це z = 2-5.

Більш далека галактика S2 лінзується не тільки власне лінзою L1 (з червоним зміщенням z = 0,222), але і другим, більш близьким (z = 0,609) до неї джерелом S1-L2, тому друге (зовнішнє) кільце ширше. Так що ситуація непроста, і автори детально її моделюють. На малюнку спостерігач знаходиться в точці О. L1 — найближча до нас галактика з трьох. Вона грає роль лінзи. S1-L2 — це проміжна галактика. Вона дає внутрішнє кільце. Позначення S1 = L2 (S — source, L — lense) означає, що це і джерело (для лінзи L1), і лінза (для джерела S2). S2 — далека галактика-джерело, що породжує зовнішнє кільце. Якби автори не врахували лінзування на проміжній галактиці, то S2 опинилася б на великому червоному зміщенні близько 5 (праворуч на малюнку). Облік вкладу другої лінзи додвигає далеку галактику до нас (ліва точка S2). Ріс. з обговорюваної статті в astro-ph

В принципі, лінзи з двома галактиками-джерелами повинні зустрічатися не так вже й рідко: раз на 40-80 випадків сильного лінзування. А сильне лінзування зустрічається приблизно раз на 200 масивних галактик ранніх типів. Проте, красиве подвійне кільце Ейнштейна знайдено вперше. Адже для отримання двох ейнштейнівських кілець треба, щоб вирівнювання галактик на одній прямій було дуже хорошим. Не дивно, що зроблено це в рамках Слоановського цифрового огляду неба (SDSS). Причому, авторам пощастило: настільки рідкісний звір попався після виявлення приблизно 90 лінз.

Слоанівський цифровий огляд неба реалізується на 2,5-метровому телескопі, встановленому в штаті Нью-Мексико. Перша фаза проекту, під час якої було отримано зображення приблизно 1/5 неба, була закінчена в 2005 році. Друга фаза буде закінчена цього року. Дані SDSS — це найкраща база за тривимірною структурою всесвіту, оскільки основним завданням проекту є визначення відстаней до галактик і квазарів. Однак такий високоякісний огляд дозволяє вирішувати й інші завдання. Наприклад, дані SDSS використовують для вивчення зірок, для пошуку слабких галактик-супутників нашої тощо. Використовують його і для пошуку гравітаційних лінз. Цей проект називається SLACS. У рамках цього проекту цілі, обрані за результатами SDSS, спостерігають на Космічному телескопі. А потім, щоб отримати спектри вибраних об’єктів, — на великих наземних телескопах (VLT, Keck тощо).

Майбутні проекти (JDEM, DUNE) зможуть більш ефективно знаходити лінзи з двома джерелами. Автори показують, що маючи близько 50 таких систем з відомими червоними зміщеннями для всіх трьох галактик (два джерела і лінза), можна буде отримувати важливі космологічні параметри: частку маси темної речовини і показник, що характеризує рівняння стану темної енергії.

Джерело: 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.

Сергій Попов