Nyomozás egy sötét lencse után

749

Nemrég amerikai csillagászok egy furcsa, ívszerű objektumot találtak a Hubble-űrtávcsővel készített felvételeik egyikén. Az ív pontosan úgy néz ki, mint amit megszoktunk a távoli, gravitációsan lencsézett galaxisok esetén. Ilyenkor a háttérben levő galaxis és a földi megfigyelő között, szinte pontosan a távolabbi fényforrás irányába esik egy nagy tömeg – például egy másik galaxis -, amelynek hatására a létrejövő térgörbület a háttérből érkező fény útját megváltoztatja. A gravitációs lencsehatás fel tudja erősíteni a háttérobjektum fényét, eltorzíthatja az alakját, megtöbbszörözheti az általunk megfigyelhető képek számát. Ha ismerjük a lencse és a lencsézett objektum távolságát, geometriai elhelyezkedését, akkor jól modellezhetjük az előtérben levő tömeg nagyságát, eloszlását.

Látványos gravitációs lencsék: Einstein-gyűrűk a Hubble-űrtávcső ACS műszerének felvételein. Középen mindenütt fényesen ragyog a lencséző előtérgalaxis. (Kép: NASA, ESA, A. Bolton / Harvard-Smithsonian CfA, SLACS Team)

A mi esetünk különlegessége az, hogy a Hubble képéről teljesen hiányzik a lencséző galaxis, amit később nagy földi távcsövekkel, a látható és a közeli infravörös tartományban sem sikerült detektálni! A meglevő kevés adathoz legjobban illeszkedő modell szerint ott egy ezermilliárd naptömegnek megfelelő előtérgalaxisnak kellene lennie, hogy képes legyen a megfigyelt gravitációs lencsehatás létrehozására. Mégsem látunk semmit. Az ív és a "sötét lencse" felfedezői azt a lehetőséget is felvetették, hogy itt egy olyan "galaxisról" lehet szó, amely szinte teljes egészében ún. sötét anyagból áll. Ez közvetlenül (elektromágneses sugárzása vagy annak elnyelése alapján) nem figyelhető meg, csak a világító anyagra kifejtett tömegvonzása (gravitációs hatása) árulja el, hogy létezik. A galaxishalmazok tagjainak mozgása, a galaxisok forgási sebességének mérése, vagy épp a gravitációs lencsék vizsgálata alapján már az 1930-as évek óta egyre biztosabban tudjuk, hogy kell léteznie valamiféle – egyelőre rejtélyes – sötét anyagnak, amelyből ráadásul sokkal több található a galaxisokban és a halmazokban, mint a "normális" anyagból. Olyanról viszont eddig nem tudtunk, hogy egy ilyen tekintélyes tömegű, sötét anyagból álló "valami" ne vonzott volna oda legalább egy kis világító anyagot.

A J1218+2953 rádióforrás pozíciójában (középső szálkereszt) a Hubble-felvételen semmi sem látható, tőle 4 ívmásodpercre délnyugatra viszont ott a fényes ív, ami gravitációs lencsézésre utal. A skála ívmásodperceket mutat, jobbra fent a kereszt a koordináták pontosságát jelzi. (Ryan és társai 2008, Astrophysical Journal 688, 43)

Hogy mégis csak érdemes ott keresni valamit, arra a "sötét galaxis" helyéről érkező halvány rádiósugárzás utalt. Ezen a nyomon indult el az a magyaroszági és hollandiai kutatókból álló csoport, amely a J1218+2953 jelű rádióforrást az elérhető legnagyobb felbontással szerette volna megvizsgálni. Ha ugyanis az objektumból érkező rádiósugárzás egy kis térrészből származik, akkor ott egy aktív galaxismagnak kell lennie. (A rádiósugárzó aktív galaxismagok energiájukat egy központi, akár milliárdnyi naptömegű fekete lyukba hulló anyagból nyerik.) Ahol pedig galaxismag van, ott lehet egy galaxis is…

A méréseket 2009 első harmadában végezték az Európai VLBI Hálózattal (EVN). Az egymástól távol, más-más országokban levő rádiótávcsövek összehangolt működésén alapuló VLBI (Very Long Baseline Interferometry, nagyon nagy bázisvonalú interferometria) technika úgy működik, hogy az antennákkal egyidejűleg ugyanazt a rádióforrást figyelik meg az égen, utána pedig az adatokat számítógéppel kombinálják. Így akkora felbontást lehet elérni, mint egy olyan képzeletbeli teleszkóppal, amelynek az átmérője megegyezik az antennarendszer elemei közti legnagyobb távolsággal. A hagyományos VLBI esetén az antennáknál mért jeleket mágneses adathordozókra rögzítik és összegyűjtik, majd azokat utólag visszajátszva állítják elő az interferenciát. A most használt elektronikus VLBI (e-VLBI) egy olyan új módszer, amelynél a távoli rádióantennák közvetlen, valós idejű, szélessávú összeköttetésben állnak az adatfeldolgozó központtal. Így az adatok gyors feldolgozása után az eredmények is szinte azonnal megkaphatók.

A két különböző frekvencián (1,6 és 5 GHz), három időpontban végzett megfigyelésekben európai (brit, német, holland, olasz és lengyel) rádióteleszkópok vettek részt. Sőt egy alkalmommal sikerült az Atlanti-óceánt is átívelő bázisvonalakat elérni, amikor a Puerto Rico szigetén fekvő Arecibo óriás-rádiótávcső is csatlakozott a hálózathoz – természetesen ugyancsak élő kapcsolatban a hollandiai feldolgozó központtal.

Az 1.6 GHz frekvencián készült VLBI térképen jó láthatók a kiterjedt rádiósugárzó zónák, a J1218+2953 összetett, nagyjából középpontosan szimmetrikus szerkezete. A skálabeosztás itt ezredívmásodpercben (mas) értendő.

Az 5 GHz-es kép felbontása jobb, itt csak a kompaktabb és viszonylag fényesebb rádiókomponensek maradnak észrevehetők. Az előző képpel összehasonlítva a jel itt jóval gyengébb a zajhoz képest. Ez utóbbira utal a képen végigfutó "mintázat".

Az addig "láthatlan" objektumról egy sor érdekes dolog derült ki a rádió-interferométeres mérések alapján. Amint az a fenti két ábrán is megfigyelhető, a rádióforrás szerkezete meglehetősen összetett. Bár tőlünk mért távolságára csak pontatlan becsléseink vannak, kiterjedése (5-6 kiloparszek) alapján összemérhető egy átlagos galaxissal. Valószínűleg az arab kettes számjegyre emlékeztető alakzat közepén lehet a galaxis középpontjában elhelyezkedő fekete lyuk, amelyből két átellenes irányba – északnyugatra (jobbra fel) és délkeletre (balra le) – távoznak a nagy sebességgel kidobódó anyagsugarak. Ezek rádiósugárzása felerősödik, amikor egy-egy sűrű anyagfelhőbe ütköznek, s eközben még a haladási irányuk is megváltozik.

A lassan összeálló mozaikkép egy fontos darabkája volt, hogy a J1218+2953-at időközben sikerült megtalálni egy olyan frissen közzétett katalógusban is, amely az európai XMM-Newton röntgencsillagászati mesterséges hold méréseit gyűjtötte össze. A halvány röntgenforrás színképe és a rádiómérések alapján úgy fest, hogy a galaxisban a megszokottnál több fényelnyelő anyag található. Ezért látszik sötétnek a látható fény tartományában. Az aktív mag röntgen- és rádiósugárzása azonban áthatol a sűrű gáz- és poranyagon.

Okkal feltételezhető tehát, hogy ismét nem sikerült egy "csupa sötét anyagból" álló galaxist találni. Inkább egy erős optikai elnyeléssel jellemezhető, fiatal, aktív maggal rendelkező galaxisról van szó, amiben ott vannak ugyan a csillagok is, csak éppen fényük annyira elnyelődik, hogy eddig nem sikerült detektálnunk. Ha valóban sok por van e galaxisban, akkor eséllyel próbálkozhatnak majd távoli infravörös tartományban is megfigyelni. A J1218+2953 érdekessége, hogy igazából véletlenül került a csillagászok célkeresztjébe – csupán a gravitációs lencsehatása miatt. Az égen ugyanakkor még számtalan optikailag azonosítatlan halvány röntgen- és rádióforrás várja, hogy segítségükkel többet tudjunk meg a galaxisfejlődés "sötét szakaszáról".

Az eredményeket részletező szakcikk hamarosan az Astronomy and Astrophysics c. folyóiratban jelenik meg, szövege már hozzáférhető az arXiv szerverén. A kutatócsoport tagjai: Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), Paragi Zsolt, Bob Campbell (Joint Institute for VLBI in Europe, Hollandia) és Moór Attila (MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet). A munka részben az MTA Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport keretében, s az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA, K72515) támogatásával folyt. Az e-VLBI technika kifejlesztését az Európai VLBI Hálózatnál az EU 6. kutatás-fejlesztési keretprogramja (EXPReS projekt) tette lehetővé.

Hozzászólás

hozzászólás