Thấu kính hấp dẫn vòng Einstein: SDSS J163028.15 + 452036.2. Tín dụng hình ảnh: Hubble. Nhấn vào đây để phóng to
Khi Albert Einstein phát triển lý thuyết tương đối rộng gần một thế kỷ trước, ông đã đề xuất rằng trường hấp dẫn từ các vật thể lớn có thể làm cong không gian và làm lệch hướng ánh sáng.
Ảo ảnh quang học được tạo ra bởi hiệu ứng này được gọi là thấu kính hấp dẫn. Đó là bản chất tương đương với việc có một thấu kính phóng đại khổng lồ trong không gian làm biến dạng và khuếch đại ánh sáng của các vật thể ở xa hơn. Einstein đã mô tả thấu kính hấp dẫn trong một bài báo xuất bản năm 1936. Nhưng ông nghĩ rằng hiệu ứng này không thể quan sát được vì các biến dạng quang học được tạo ra bởi các ngôi sao tiền cảnh làm cong không gian sẽ quá nhỏ để có thể đo được bằng các kính viễn vọng lớn nhất trong thời đại của ông.
Bây giờ, gần một thế kỷ sau, các nhà thiên văn học đã kết hợp hai tài sản thiên văn mạnh mẽ là Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) và Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA, để xác định 19 thiên hà mới có thấu kính hấp dẫn, thêm đáng kể vào khoảng 100 thấu kính hấp dẫn đã biết trước đây. Trong số 19 người này, họ đã tìm thấy tám chiếc nhẫn mới được gọi là Einstein Einstein, có lẽ là biểu hiện thanh lịch nhất của hiện tượng thấu kính. Chỉ có ba vòng như vậy trước đây đã được nhìn thấy trong ánh sáng nhìn thấy.
Trong thấu kính hấp dẫn, ánh sáng từ các thiên hà xa xôi có thể bị lệch trên đường tới Trái đất bởi trường hấp dẫn của bất kỳ vật thể lớn nào nằm trên đường đi. Bởi vì điều này, chúng ta thấy thiên hà bị biến dạng thành một vòng cung hoặc nhiều hình ảnh riêng biệt. Khi cả hai thiên hà được xếp chính xác, ánh sáng tạo thành một mô hình mắt bò, được gọi là vòng Einstein, xung quanh thiên hà tiền cảnh.
Các ống kính mới được phát hiện đến từ một dự án đang diễn ra có tên là Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Một nhóm các nhà thiên văn học, dẫn đầu bởi Adam Bolton thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Cambridge, Mass. Và Leon Koopmans thuộc Viện Thiên văn học Kapteyn ở Hà Lan, đã chọn các thấu kính ứng cử viên trong số hàng trăm nghìn quang phổ quang học của thiên hà trong Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan. Sau đó, họ đã sử dụng đôi mắt sắc bén của Máy ảnh nâng cao Hubble cho các cuộc khảo sát để xác nhận.
Quy mô lớn của SDSS, cùng với chất lượng hình ảnh của kính viễn vọng Hubble, đã mở ra cơ hội chưa từng có này cho việc phát hiện ra các thấu kính hấp dẫn mới, theo ông Bol Bolton giải thích. Chúng tôi đã thành công trong việc xác định một trong số 1000 thiên hà cho thấy những dấu hiệu của thấu kính hấp dẫn của một thiên hà khác.
Nhóm SLACS đã quét quang phổ của khoảng 200.000 thiên hà cách xa 2 đến 4 tỷ năm ánh sáng. Nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm bằng chứng rõ ràng về sự phát xạ từ các thiên hà cách xa Trái đất gấp đôi và ngay sau các thiên hà gần hơn. Sau đó, họ đã sử dụng Máy ảnh nâng cao Hubble bổ sung cho các khảo sát để chụp ảnh 28 trong số các thiên hà thấu kính ứng cử viên này. Bằng cách nghiên cứu các cung và vòng tròn được tạo ra bởi 19 trong số các ứng cử viên này, các nhà thiên văn học có thể đo chính xác khối lượng của các thiên hà phía trước.
Bên cạnh việc tạo ra các hình dạng kỳ lạ, thấu kính hấp dẫn mang đến cho các nhà thiên văn học sự thăm dò trực tiếp nhất về sự phân bố vật chất tối trong các thiên hà hình elip. Vật chất tối là một dạng vật chất vô hình và kỳ lạ chưa được quan sát trực tiếp. Các nhà thiên văn suy luận sự tồn tại của nó bằng cách đo ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Vật chất tối có sức lan tỏa trong các thiên hà và chiếm phần lớn tổng khối lượng của vũ trụ. Bằng cách tìm kiếm vật chất tối trong các thiên hà, các nhà thiên văn học hy vọng sẽ có được cái nhìn sâu sắc về sự hình thành thiên hà, vốn phải bắt đầu xung quanh nồng độ vật chất tối sần trong vũ trụ sơ khai.
Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng, trung bình, các thiên hà thấu kính hình elip này có cấu trúc mật độ khối đặc biệt giống như quan sát thấy trong các thiên hà xoắn ốc, còn Bolton tiếp tục. Điều này tương ứng với sự gia tăng tỷ lệ vật chất tối so với các ngôi sao khi một người di chuyển ra khỏi trung tâm của thiên hà thấu kính và vào vùng ngoại ô mờ nhạt của nó. Và vì các gelaxies thấu kính này tương đối sáng, chúng ta có thể củng cố kết quả này bằng các quan sát quang phổ trên mặt đất hơn nữa về các chuyển động của sao trong thấu kính.
Tiến sĩ có thể nghiên cứu những thấu kính hấp dẫn này và các thấu kính hấp dẫn khác trong khoảng thời gian vài tỷ năm cho phép chúng ta thấy trực tiếp sự phân bố của bóng tối [vô hình] và khối lượng nhìn thấy thay đổi theo thời gian vũ trụ, tiến sĩ Koopmans nói thêm. Với thông tin này, chúng ta có thể kiểm tra ý tưởng thường thấy rằng các thiên hà hình thành từ sự va chạm và sáp nhập của các thiên hà nhỏ hơn.
Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan, từ đó mẫu ứng cử viên ống kính SLACS đã được chọn, được bắt đầu vào năm 1998 với kính viễn vọng mặt đất được chế tạo tùy chỉnh để đo màu sắc và độ sáng của hơn 100 triệu vật thể trên một phần tư bầu trời và bản đồ khoảng cách đến một triệu thiên hà và chuẩn tinh. Đây là loại khảo sát thấu kính hấp dẫn không phải là mục tiêu ban đầu của SDSS, nhưng được thực hiện nhờ chất lượng tuyệt vời của dữ liệu SDSS, theo ông Scott Burles thuộc Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, Mass., Thành viên nhóm SLACS và một trong những người tạo ra SDSS.
Một phần thưởng bổ sung cho kích thước lớn của cơ sở dữ liệu SDSS là chúng tôi có thể thiết kế các tiêu chí tìm kiếm của mình để tìm ra các ống kính phù hợp nhất cho các mục tiêu khoa học cụ thể, ông Tommaso Treu, thành viên nhóm SLACS của Đại học California, Santa Barbara cho biết. . Trong khi đó, chúng tôi đã chọn các thiên hà lớn nhất làm mục tiêu của mình, trong các giai đoạn tiếp theo của cuộc khảo sát, chúng tôi đang nhắm mục tiêu các thiên hà thấu kính nhỏ hơn. Đã có ý kiến cho rằng cấu trúc của các thiên hà thay đổi theo kích thước thiên hà. Bằng cách xác định những vật thể quý hiếm này, theo yêu cầu, chúng tôi sẽ sớm có thể lần đầu tiên kiểm tra xem điều này có đúng không.
Leonidas Moustakas, thành viên nhóm SLACS đã bổ sung của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA và Viện Công nghệ California ở Pasadena, Calif.: Hồi Những chiếc nhẫn Einstein này cũng mang đến cái nhìn phóng đại vô song về các thiên hà được thấu kính, cho phép chúng ta nghiên cứu các ngôi sao và lịch sử hình thành của những thiên hà xa xôi.
Khảo sát SLACS vẫn đang tiếp tục và cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã sử dụng Hubble để nghiên cứu gần 50 thiên hà ứng cử viên của họ. Tổng số cuối cùng dự kiến sẽ là hơn 100, với nhiều ống kính mới trong số đó. Những phát hiện ban đầu của cuộc khảo sát sẽ xuất hiện trong số tháng 2 năm 2006 của Tạp chí Vật lý thiên văn và trong hai bài báo khác đã được nộp cho tạp chí đó.
Nguồn gốc: Bản tin Hubbleite
