Bildnachweis: Hubble
Die Spiralgalaxie PGC 69457 befindet sich nahe der Grenze der Herbstkonstellationen Pegasus und Wassermann, etwa 3 Grad südlich von Theta Pegasi dritter Größe – aber grabe nicht den 60-mm-Refraktor aus, um danach zu suchen. Die Galaxie ist tatsächlich etwa 400 Millionen Lichtjahre entfernt und hat eine scheinbare Helligkeit von 14,5. Der nächste Herbst könnte also eine gute Zeit sein, um sich mit Ihrem „astro-nussigen“ Freund von Ihnen zu treffen, der immer in den Sonnenuntergang geht, um den Lichtern der Stadt mit einem größeren, viel größeren Amateur-Instrument weit weg zu kommen …
Aber es gibt viele Galaxien der 14. Größe am Himmel – was macht PGC 69457 so besonders?
Zunächst einmal „blockieren“ die meisten Galaxien nicht die Sicht auf einen noch weiter entfernten Quasar (QSO2237+0305). Und sollten andere existieren, haben nur wenige genau die richtige Verteilung von hochdichten Körpern, die benötigt wird, um das Licht so zu „biegen“, dass ein ansonsten unsichtbares Objekt sichtbar wird. Mit PGC 69457 erhalten Sie nicht eine – sondern vier – separate Ansichten der 17. Größe desselben Quasars für die Mühe, einen 20-Zoll-Dobson mit Fachwerkröhren einzurichten. Lohnt es sich? (Können Sie sagen „Vervierfachen Sie Ihr Beobachtungsvergnügen“?)
Aber das Phänomen hinter einer solchen Ansicht ist für professionelle Astronomen noch interessanter. Was können wir aus einem so einzigartigen Effekt lernen?
Die Theorie ist bereits gut etabliert – Albert Einstein sagte sie in seiner „Allgemeinen Relativitätstheorie“ von 1915 voraus. Einsteins Kernidee war, dass ein Beobachter, der eine Beschleunigung erfährt, und ein in einem Gravitationsfeld stationärer Beobachter den Unterschied zwischen den beiden nicht anhand ihres „Gewichts“ erkennen können “. Durch die eingehende Untersuchung dieser Idee wurde klar, dass nicht nur Materie, sondern auch Licht (obwohl es masselos ist) der gleichen Art von Verwirrung unterliegt. Aus diesem Grund wird Licht, das sich einem Gravitationsfeld unter einem Winkel nähert, in Richtung der Gravitationsquelle „beschleunigt“ – aber da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, beeinflusst diese Beschleunigung nur den Weg und die Wellenlänge des Lichts – nicht seine tatsächliche Geschwindigkeit.
Der Gravitationslinseneffekt selbst wurde erstmals während der totalen Sonnenfinsternis von 1919 entdeckt. Dies wurde als leichte Verschiebung der Positionen von Sternen in der Nähe der Sonnenkorona auf Fotoplatten gesehen. Aufgrund dieser Beobachtung wissen wir jetzt, dass Sie keine Linse brauchen, um Licht zu biegen – oder sogar Wasser, um das Bild der im Teich schwimmenden Koi zu brechen. Licht wie Materie nimmt den Weg des geringsten Widerstands und folgt damit der Gravitationskurve des Raumes sowie der optischen Kurve einer Linse. Das Licht von QSO2237+0305 tut nur das, was auf natürliche Weise entsteht, indem es die Konturen der „Raumzeit“ surft, die um dichte Sterne kreist, die entlang der Sichtlinie von einer entfernten Quelle durch eine benachbartere Galaxie liegen. Das wirklich Interessante an Einsteins Kreuz besteht darin, was es uns über alle beteiligten Massen aussagt – die in der Galaxie, die das Licht brechen, und die Große im Herzen des Quasars, die es erzeugt.
In ihrer Arbeit „Reconstruction of the microlensing light curves of the Einstein Cross“ fand der koreanische Astrophysiker Dong-Wook Lee (et al) von der Sejong University in Zusammenarbeit mit dem belgischen Astrophysiker J. Surdez (et al) von der University of Lüttich Hinweise auf eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch in Quasar QSO2237+0305. Wie ist so etwas bei den Entfernungen möglich?
Linsen im Allgemeinen „sammeln und fokussieren Licht“ und diese „Gravitationslinsen“ (Lee postuliert ein Minimum von fünf massearmen, aber stark kondensierten Körpern) innerhalb von PGC 69457, tun dasselbe. Auf diese Weise „umhüllt“ das Licht eines Quasars, das sich normalerweise weit von unseren Instrumenten entfernt, die Galaxie, um auf uns zuzukommen. Aus diesem Grund „sehen“ wir 100.000-mal mehr Details als sonst möglich. Aber es gibt einen Haken: Trotz der 100.000-fach höheren Auflösung sehen wir immer noch nur Licht, keine Details. Und weil es in der Galaxie mehrere Massen gibt, die Licht brechen, sehen wir mehr als eine Ansicht des Quasars.
Um nützliche Informationen aus dem Quasar zu erhalten, müssen Sie Licht über lange Zeiträume (Monate bis Jahre) sammeln und mithilfe spezieller Analysealgorithmen die resultierenden Daten zusammenführen. Die von Lee und Mitarbeitern verwendete Methode heißt LOHCAM (LOcal Hae CAustic Modeling). (HAE selbst ist ein Akronym für High Amplification Events). Unter Verwendung von LOHCAM und Daten, die von OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) und GLIPT (Gravitational Lens International Time Project) verfügbar sind, stellte das Team fest, dass LOHCAM nicht nur wie erhofft funktioniert, sondern dass QSO2237+0305 möglicherweise eine nachweisbare Akkretionsscheibe enthält (von der es Materie zieht). um seine Light Engine anzutreiben). Das Team hat auch die ungefähre Masse des Schwarzen Lochs der Quasare, die Größe des von ihm ausgehenden ultravioletten Bereichs bestimmt und die transversale Bewegung des Schwarzen Lochs bei seiner Bewegung relativ zur Spiralgalaxie geschätzt.
Es wird angenommen, dass das zentrale Schwarze Loch in Quasar QSO2237+0305 eine Gesamtmasse von 1,5 Milliarden Sonnen hat – ein Wert, der mit dem der größten jemals entdeckten zentralen Schwarzen Löcher konkurrieren kann. Eine solche Massenzahl repräsentiert 1 Prozent der Gesamtzahl der Sterne in unserer eigenen Milchstraße. Im Vergleich dazu ist das Schwarze Loch von QSO2237+0305 etwa 50-mal massereicher als das im Zentrum unserer eigenen Galaxie.
Basierend auf „Doppelpeaks“ der Leuchtkraft des Quasars verwendeten Lee et al. LOHCAM, um auch die Größe der Akkretionsscheibe von QSO2237+0305 und ihre Ausrichtung zu bestimmen und entdeckten eine zentrale Verdunkelungsregion um das Schwarze Loch selbst. Die Scheibe selbst hat einen Durchmesser von ungefähr 1/3 eines Lichtjahrs und ist uns zugewandt.
Beeindruckt? Nun, fügen wir auch hinzu, dass das Team die minimale Anzahl von Mikrolinsen und zugehörigen Massen in der Linsengalaxie bestimmt hat. Abhängig von der angenommenen Transversalgeschwindigkeit (in LOHCAM-Modellierung) die kleinste Reichweite von der eines Gasriesen – wie des Planeten Jupiter – bis zu der unserer eigenen Sonne.
Wie funktioniert dieses 'Loch' Ding?
Die Projekte OGLE und GLIPT überwachten Veränderungen in der Intensität des visuellen Lichts, das aus jeder der vier Ansichten des Quasars der 17. Größe zu uns strömte. Da die meisten Quasare aufgrund ihrer großen Entfernungen im Weltraum nicht mit dem Teleskop auflösbar sind. Helligkeitsschwankungen werden nur als einzelner Datenpunkt basierend auf der Helligkeit des gesamten Quasars gesehen. QSO2237+0305 präsentiert jedoch vier Bilder des Quasars und jedes Bild hebt die Leuchtkraft hervor, die aus einer anderen Perspektive des Quasars stammt. Durch die gleichzeitige teleskopische Überwachung aller vier Bilder können geringfügige Schwankungen der Bildintensität erkannt und in Bezug auf Größe, Datum und Uhrzeit aufgezeichnet werden. Über mehrere Monate bis Jahre kann eine beträchtliche Anzahl solcher „High Amplification Events“ auftreten. Muster, die aus ihrem Auftreten hervorgehen (von einer Ansicht der 17. Größe zur nächsten) können dann analysiert werden, um Bewegung und Intensität zu zeigen. Daraus ist eine superhochauflösende Ansicht von normalerweise unsichtbaren Strukturen innerhalb des Quasars möglich.
Könnten Sie und Ihr Freund das mit diesem 20-Zoll-Dob-Newtonian tun?
Sicher – aber nicht ohne einige sehr teure Geräte und einen guten Umgang mit einigen komplexen mathematischen Bildgebungsalgorithmen. Ein schöner Anfang könnte jedoch sein, einfach die Galaxie zu beäugen und eine Weile am Kreuz zu hängen…
Geschrieben von Jeff Barbour
