עדשת כבידה מעניקה לנו הצצה אל ליבה של גלקסיה

דיקלה אורן

https://www.hayadan.org.il/gravlens.html

ידועות דוגמאות רבות של מקרים בהם גלקסיה מתפקדת כעדשת כבידה ומפיקה כמה תמונות של עצם מרוחק, כגון קוואזר בהיר המסתתר מאחוריה. ואולם, תעלומה אחת נותרה בעינה זה עשרים שנה: תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין חוזה, כי מספר אי זוגי של תמונות אמור להיווצר, אך כמעט כל המקרים של עדשת כבידה שנצפו הראו רק שתיים או ארבע תמונות.

כעת, האסטרונומים ג'ושוע ווין ממרכז הרווארד-סמיתסון לאסטרופיסיקה (CfA) ושניים מעמיתיו לשעבר מהמכון, דיוויד רוזין (הנמצא כעת באוניברסיטת פנסילבניה) וכריסטופר קוצ'נק (מאוניברסיטת אוהיו), זיהו תמונה מרכזית שלישית של קוואזר, הנמצא בעדשת כבידה.

תצפיות רדיו של המערכת, הידועה בשם PMN J1632-0033 הנמצאת בקבוצת הכוכבים “Ophiuchus”, חשפו תמונה מרכזית חלושה. ניתן להיעזר בתמונה המרכזית כדי לחקור את תכונותיה של הגלקסיה, הגורמת לעדשת הכבידה, ואת מאפייניו של החור השחור המסיבי, שמעריכים כי שוכן במרכזה.

“מציאת התמונה המרכזית היא עניין מעניין כשלעצמו, אולם אפילו יותר חשוב המידע, שהתמונה תספק לנו על הגלקסיה הגורמת לעידוש. זהו כלי חדש לחקר גלקסיות כה רחוקות, עד כי אפילו לטלסקופ החלל האבל הן נראות ככתמים עמומים,” אמר ווין.

קוואזרים הם עצמים מאוד רחוקים ובהירים, שמאמינים כי הם מונעים על ידי חורים שחורים עצומים. הם קורנים בעוצמה, כיוון שממירים את האנרגיה הגרביטציונית של חומר, הנופל אל תוך החור השחור, לאור נראה ולסוגים נוספים של קרינה כגון גלי רדיו.

בעדשת כבידה קרני האור מקוואזר, שעוברות בסמוך לגלקסיה, מתעקמות מפאת שדה הכבידה של הגלקסיה, בדומה לדרך בה קרני אור מתעקמות בעוברן דרך עדשת זכוכית. ככל שצפיפות מרכז הגלקסיה עולה ושדה הכבידה שלה גדל, התמונה המרכזית תהיה עמומה יותר. ואולם, התמונה המרכזית, שאורה עבר הכי קרוב למרכז הגלקסיה המשמשת כעדשה, יכולה לגלות לנו הרבה על לב הגלקסיה. האפשרות הזו הופכת את מציאת התמונות המרכזיות לדבר נחשק במיוחד.

במערכת PMN J1632-0033 גלקסיה אליפטית, שההיסט שלה לאדום הוא z 1 (שמרחקה מאתנו הוא כשמונה מיליארד שנה), גורמת להתעקמות אורו של קוואזר, שהיסטו לאדום הוא z = 3.42 (מרחקו מאתנו הוא כ-11.5 מיליארד שנה). ידעו זה מכבר על קיומן של שתי תמונות של הקוואזר, וחשדו כי מקור רדיו שלישי מאוד עמום הוא התמונה המרכזית. ואולם, התמונה השלישית נמצאה ממש מעל הגלקסיה הגורמת לעדשה הכבידתית, כך שייתכן שהתמונה הייתה חלק מהגלקסיה עצמה.

“צבע הרדיו” או הספקטרום של שלושת התמונות נבדק בסיוע ה-“Very Large Array” וה-
“Very Long Baseline Array” של הקרן הלאומית למדע. בעזרת הספקטרום הציגו ווין ועמיתיו ראיות משכנעות ביותר, כי מקור הרדיו השלישי הוא אכן התמונה המרכזית של הקוואזר. הספקטרום שלו הוא בעיקרו של דבר זהה לזה של שתי התמונות האחרות, מלבד התדירויות הנמוכות, שם חלק מהאנרגיה שלו בתחום הרדיו נספגה על ידי הגלקסיה הגורמת לעדשה.

הגיאומטריה ומאפייני שלוש התמונות של הקוואזר כבר מספקים לנו מידע על ליבת הגלקסיה הגורמת לעדשת הכבידה. לדוגמא, מסת החור השחור השוכן במרכז הגלקסיה קטנה ממאתיים מיליון מסות שמש. כמו כן, צפיפות פני השטח (כמות החומר ביחס לחלק בשמיים) באזור שבמרכז התמונה המרכזית עולה על 20,000 מסות שמש לפרסק מרובע (צפיפות פני השטח של שביל החלב באזור השמש שלנו, לעומת זאת, היא 50 מסות שמש לפרסק מרובע). שתי התצפיות על הגלקסיה המשמשת כעדשה עקביות עם התחזיות, המבוססות על תצפיות דקדקניות על גלקסיות קרובות הרבה יותר לכדור הארץ.

“כמעט כל הידע שלנו על מרכזי גלקסיות שאוב מחקר גלקסיות מאוד קרובות. מה שמדהים בקשר לגילוי תמוה מרכזית הוא שביכולתה להעניק לנו מידע דומה על ליבות גלקסיות רחוקות מאתנו פי מאות מונים וצעירות במיליארדי שנים מהגלקסיות השכנות לנו,” אמר ווין.

מרכז הרווארד סמיתסון לאסטרופיסיקה, הממוקם בקיימברידג', מסצ'וסטס, הנו שיתוף פעולה בין המצפה הסמיתסוני לאסטרופיסיקה ומצפה הרווארד קולג'. מדעני CfA, המחולקים לשש מחלקות מחקר, חוקרים את ראשיתו, התפתחותו וגורלו של היקום.

דיקלה אורן תרגמה מאמר זה – מתוך הודעה לעיתונות של מרכז הארווארד סמיתסוניאן.

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~766844245~~~181&SiteName=hayadan