Dzięki soczewce udało się dostrzec kolejną odległą galaktykę

dnia 05/11/2016
Teleskopy MAGIC na kanaryjskiej  La Palma. Źródło: Robert Wagner

Teleskopy MAGIC na kanaryjskiej La Palma. Źródło: Robert Wagner

Nigdy wcześniej astrofizykom nie udało się dostrzec tak wysoko-energetycznego promieniowania pochodzącego od obiektu kosmicznego znajdującego się tak daleko. Jakieś 7 miliardów lat temu miała miejsce potężna eksplozja w pobliżu czarnej dziury znajdującej się w centrum odległej galaktyki. Po eksplozji doszło do wysoko-energetycznego rozbłysku promieniowania gamma. Promieniowanie pochodzące z tej eksplozji udało się zaobserwować za pomocą wielu teleskopów, w tym znajdujących się na kanaryjskiej wyspie La Palma teleskopów MAGIC. Zupełnie przy okazji udało się po raz kolejny potwierdzić Ogólną Teorię Względności, bowiem przemierzając przestrzeń kosmiczną promieniowanie napotkało na bliższą nam galaktykę, której grawitacja zakrzywiła promienie i skierowała je w stronę Ziemi.

Obiekt QSO B0218+357 to blazar – specyficzny typ czarnej dziury. Obecnie naukowcy przyjmują, że w centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Czarne dziury do których aktualnie wpada materia zwane są aktywnymi czarnymi dziurami. Emitują one ekstremalnie jasne dżety promieniowania. Jeżeli te dżety skierowane są bezpośrednio w stronę Ziemi – nazywamy je blazarami.

Zdarzenie opisane w periodyku „Astronomy & Astrophysics” miało miejsce 7 miliardów lat temu, gdy Wszechświat miał mniej niż połowę swojego obecnego wieku.  „Po raz pierwszy blazar został dostrzeżony 14 lipca 2014 roku za pomocą teleskopu Large Area Telescope (LAT) zainstalowanego na pokładzie satelity Fermi,” mówi Razmik Mirzoyan, naukowiec z max Planck Institute for Physics i rzecznik zespołu MAGIC. „Teleskopy rejestrujące promieniowanie gamma z Ziemi natychmiast skierowały się w stronę blazara, aby dowiedzieć się o nim czegoś więcej.”

Jednym z tych teleskopów był MAGIC na Wyspach Kanaryjskich specjalizujący się w rejestrowaniu wysoko-energetycznego promieniowania gamma. Może on rejestrować fotony, których energia jest 100 miliardów razy wyższa niż fotony emitowane przez Słońce i tysiąc razy wyższa niż te mierzone przez Fermi-LAT.

Naukowcom z zespołu MAGIC początkowo nie sprzyjało szczęście: pełnia uniemożliwiała obserwacje.

Fotony zostały wyemitowane z galaktyki QSO B0218+357 w kierunku Ziemi. Dzięki soczewce grawitacyjnej - galaktyce B0218+357G - fotony podróżują dwoma różnymi ścieżkami i docierają do Ziemi w odstępie około 11 dni. Fotony obserwowane  były zarówno za pomocą instrumentu Fermi-LAT i teleskopów MAGIC. Źródło: Daniel Lopez/IAC; NASA/ESA; NASA E/PO - Sonoma State University, Aurore Simonnet

Fotony zostały wyemitowane z galaktyki QSO B0218+357 w kierunku Ziemi. Dzięki soczewce grawitacyjnej – galaktyce B0218+357G – fotony podróżują dwoma różnymi ścieżkami i docierają do Ziemi w odstępie około 11 dni. Fotony obserwowane były zarówno za pomocą instrumentu Fermi-LAT i teleskopów MAGIC. Źródło: Daniel Lopez/IAC; NASA/ESA; NASA E/PO – Sonoma State University, Aurore Simonnet

11 dni później MAGIC miał drugą szansę – część promieni gamma wyemitowanych przez QSO B0218+357 nie podróżowała bezpośrednio w kierunku Ziemi: Miliard lat po tym jak rozpoczęły swoją wędrówkę dotarły w pobliże galaktyki B0218+357G. Tu z pomocą przyszła nam Ogólna Teoria Względności Einsteina.

To właśnie ona mówi, że obiekt o dużej masie, np. galaktyka, odchyla promieniowanie obiektu znajdującego się za nim. Dodatkowo, promienie są skupiane niczym przez potężną soczewkę optyczną – dla odległego obserwatora obiekt wydaje się przez to dużo jaśniejszy, lecz także zniekształcony. Owe promienie światła potrzebują różnych okresów czasu na otoczenie soczewki, w zależności od kąta obserwacji.

To właśnie dzięki soczewce grawitacyjnej MAGIC był jednak w stanie zarejestrować QSO B0218+357 – i stworzyć widmo wysoko-energetycznego promieniowania gamma najodleglejszego dotąd obiektu. „Wiedzieliśmy z obserwacji wykonanych za pomocą teleskopu kosmicznego Fermi i radioteleskopów naziemnych w 2012 roku, że fotony, które podróżowały dłuższą drogą dotrą do nas 11 dni później,” powiedział Julian Sitarek z Uniwersytetu Łódzkiego, który kierował zespołem badawczym. „To pierwszy raz kiedy udało nam się zaobserwować fotony o tak wysokiej energii odchylone przez soczewkę grawitacyjną.”

Źródło: Max Planck Institute for Physics