Tín dụng hình ảnh: SDSS
Thấu kính hấp dẫn xảy ra khi ánh sáng từ một vật ở xa, chẳng hạn như chuẩn tinh, bị biến dạng bởi trọng lực của một vật ở gần hơn. Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một thấu kính như vậy, trong đó các biến dạng rất lớn, chúng phải được gây ra bởi một lượng vật chất tối đáng kể - một mình vật chất có thể nhìn thấy có thể chịu trách nhiệm. Vật chất tối được dự đoán bởi ảnh hưởng của nó đối với các thiên hà và các ngôi sao trong Vũ trụ, nhưng cho đến nay, các nhà thiên văn học đã thực sự chắc chắn về nó là gì; cho dù nó chỉ là vật chất thông thường quá lạnh để nhìn thấy từ Trái đất, hoặc một loại hạt kỳ lạ nào đó.
Các nhà khoa học Sloan Digital Sky Survey đã phát hiện ra một quasar có thấu kính hấp dẫn với sự phân tách lớn nhất từng được ghi nhận, và trái với mong đợi, phát hiện ra rằng bốn trong số các quasar xa nhất, sáng nhất được biết là không được thấu kính hấp dẫn.
Thuyết Einstein Einstein Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng lực hấp dẫn của một vật thể lớn có thể hoạt động như một thấu kính, uốn cong và làm biến dạng ánh sáng của một vật thể ở xa. Một cấu trúc đồ sộ ở đâu đó giữa một quasar ở xa và Trái đất có thể thấu kính, ánh sáng của một quasar, làm cho hình ảnh sáng hơn đáng kể và tạo ra một số hình ảnh của một vật thể.
Trong một bài báo được xuất bản trên tạp chí NATURE ấn bản ngày 18 tháng 12, nhóm khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) do sinh viên tốt nghiệp Đại học Tokyo Naohisa Inada và Masamune Oguri báo cáo rằng bốn quasar ở gần nhau, trên thực tế, là ánh sáng từ một chuẩn tinh được chia thành bốn hình ảnh bằng thấu kính hấp dẫn.
Hơn 80 quasar thấu kính hấp dẫn đã được phát hiện kể từ ví dụ đầu tiên được tìm thấy vào năm 1979. Một tá các quasar được xếp vào danh mục là những khám phá SDSS, trong đó một nửa là kết quả của công việc của Inada và nhóm của ông.
Nhưng điều làm cho phát hiện mới nhất này trở nên ấn tượng là sự tách biệt giữa bốn hình ảnh lớn gấp đôi so với bất kỳ chuẩn tinh được thấu kính hấp dẫn nào trước đây. Cho đến khi phát hiện ra chuẩn tinh thấu kính bốn cực này, sự phân tách lớn nhất được biết đến trong một chuẩn tinh có thấu kính hấp dẫn là 7 vòng cung. Chuẩn tinh được tìm thấy bởi nhóm SDSS nằm trong chòm sao Leo Minor; nó bao gồm bốn hình ảnh cách nhau 14,62 giây.
Để tạo ra sự phân tách lớn như vậy, nồng độ vật chất làm phát sinh thấu kính phải đặc biệt cao. Có một cụm các thiên hà ở phía trước của thấu kính hấp dẫn này; vật chất tối liên quan đến cụm phải chịu trách nhiệm cho sự phân tách lớn chưa từng thấy.
Quan sát bổ sung thu được ở kính viễn vọng Subaru 8.2 và kính viễn vọng Keck đã xác nhận rằng hệ thống này thực sự là một thấu kính hấp dẫn, theo giải thích của Inada. Quasars chia phần này bằng cách sử dụng thấu kính hấp dẫn được dự đoán là rất hiếm, và do đó chỉ có thể được phát hiện trong các cuộc khảo sát rất lớn như SDSS.
Oguri nói thêm: Khám phá một thấu kính hấp dẫn rộng như vậy trong số hơn 30.000 quasar SDSS được khảo sát cho đến nay là hoàn toàn phù hợp với kỳ vọng lý thuyết của các mô hình trong đó vũ trụ bị chi phối bởi vật chất tối lạnh. Điều này cung cấp thêm bằng chứng mạnh mẽ cho các mô hình như vậy. (Vật chất tối lạnh, không giống như vật chất tối nóng, tạo thành các khối chặt, loại gây ra loại thấu kính hấp dẫn này.)
Ống kính hấp dẫn mà chúng tôi đã phát hiện ra sẽ cung cấp một phòng thí nghiệm lý tưởng để khám phá mối quan hệ giữa các vật thể nhìn thấy và vật chất tối vô hình trong vũ trụ, theo ông Gur Oguri giải thích.
Trong bài báo thứ hai được công bố trên Tạp chí Thiên văn vào tháng 3 năm 2004, một nhóm do Gordon Richards của Đại học Princeton dẫn đầu đã sử dụng độ phân giải cao của Kính viễn vọng Không gian Hubble để kiểm tra bốn trong số các quasar được biết đến xa nhất được phát hiện bởi SDSS cho các dấu hiệu của thấu kính hấp dẫn .
Nhìn về khoảng cách lớn trong thiên văn học là nhìn lại thời gian. Những quasar này được nhìn thấy tại thời điểm vũ trụ chưa đến 10 tuổi so với thời đại hiện tại. Các quasar này phát sáng cực lớn và được cho là được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen khổng lồ với khối lượng gấp hàng tỷ lần so với Mặt trời. Các nhà nghiên cứu cho biết đây là một bí ẩn thực sự làm thế nào những lỗ đen khổng lồ như vậy có thể hình thành sớm như vậy trong vũ trụ. Tuy nhiên, nếu các vật thể này được thấu kính hấp dẫn, các nhà nghiên cứu SDSS sẽ suy ra độ sáng nhỏ hơn đáng kể và do đó khối lượng lỗ đen, giúp giải thích sự hình thành của chúng dễ dàng hơn.
Một quasar càng xa, thiên hà càng nằm giữa nó và người xem. Đây là lý do tại sao chúng tôi dự kiến các quasar xa nhất sẽ được thấu kính, nhà nghiên cứu SDSS Xiaohui Fan của Đại học Arizona giải thích. Tuy nhiên, trái với mong đợi, không ai trong số bốn người cho thấy bất kỳ dấu hiệu nào của nhiều hình ảnh là dấu hiệu đặc trưng của ống kính.
Chỉ có một phần nhỏ các quasar được thấu kính hấp dẫn. Tuy nhiên, chuẩn tinh này rất hiếm trong vũ trụ xa xôi. Vì thấu kính làm cho các quasar xuất hiện sáng hơn và do đó dễ phát hiện hơn, chúng tôi hy vọng rằng các quasar ở xa của chúng ta là những thứ có khả năng được thấu kính nhất, một thành viên nhóm nghiên cứu Zoltan Haiman của Đại học Columbia đề nghị.
Thực tế là các quasar này không được thấu kính nói rằng các nhà thiên văn học phải thực hiện nghiêm túc ý tưởng rằng các quasar có khối lượng gấp vài tỷ lần Mặt trời hình thành chưa đầy một tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, ông Richards nói. Hiện tại chúng tôi đang tìm kiếm nhiều ví dụ về các quasar có độ dịch chuyển cao trong SDSS để cung cấp cho các nhà lý thuyết những lỗ đen siêu lớn hơn để giải thích.
Nguồn gốc: Bản tin SDSS
