Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en de Universiteit van La Laguna (ULL) heeft een van de helderste "niet-actieve" sterrenstelsels in het vroege heelal ontdekt. Het vinden van BG1429+1202 werd mogelijk gemaakt door de "hulp" van een enorm elliptisch sterrenstelsel langs de zichtlijn naar het object, die als een soort lens fungeerde, het versterken van de helderheid en het vervormen van het waargenomen beeld. De resultaten, gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven , maken deel uit van het BELLS GALLERY-project, gebaseerd op de analyse van anderhalf miljoen spectra van sterrenstelsels van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Het fenomeen van zwaartekrachtlensing, voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein, wordt geproduceerd wanneer licht wordt afgebogen wanneer het een zeer massief object passeert. Voor een verre waarnemer werkt de massa van het elliptische sterrenstelsel op het licht alsof het een enorme lens is, het produceren van een veel helderder beeld van de bron, BG1429+1202, waardoor we details kunnen zien die anders te zwak zouden zijn om te detecteren.

"Dit is een van de weinige bekende gevallen van sterrenstelsels", zegt Rui Marques Chaves, een doctoraatsstudent aan de IAC-ULL en eerste auteur van het artikel, "met een zeer hoge schijnbare helderheid en ook een intrinsiek hoge lichtsterkte. Dankzij de waarnemingen konden we de belangrijkste eigenschappen ervan in een zeer korte tijd bepalen". Om dit systeem te bestuderen, twee telescopen in het Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma) werden gebruikt:de Gran Telescopio CANARIAS (GTC) en de William Herschel Telescoop (WHT), van de Isaac Newton Group of Telescopes (ING). Het systeem bestaat uit een enorm elliptisch sterrenstelsel op een afstand van 5, 400 miljoen lichtjaar, en daarachter is BG1429+1202, die Lyman-alfastraling uitzendt, 11, 400 miljoen lichtjaar van ons verwijderd (we zien het alsof het slechts 2, 300 miljoen jaar na de oerknal). Het lensstelsel produceert vier verschillende beelden van het verre sterrenstelsel, met een flux die negen keer groter is dan zonder deze natuurlijke lens langs de gezichtslijn.

Hoge ultraviolette helderheid

Een uitzonderlijk kenmerk van BG1429+1202 is de zeer hoge helderheid in de Lyman alpha-emissielijn, een van de helderste in het ultraviolette bereik, omdat andere soortgelijke gevallen van melkwegstelsels met een lens niet zo'n sterke emissie in deze lijn vertonen. Hoewel het zwaartekrachtlenseffect in veel onderzoeksprojecten is gebruikt, de methode voor het selecteren van verre Lyman-alpha-emitterende sterrenstelsels is voor het eerst gebruikt in het BELLS GALLERY-project. "We hebben ongeveer anderhalf miljoen spectra van sterrenstelsels geanalyseerd", voegt Yiping Shu toe, een astronoom bij de National Astronomical Observatories (NAOC), in Beijing (China) en eerste auteur van eerdere publicaties van hetzelfde project. "Ze werden verkregen met de Sloan Telescope, bij het Apache Point Observatory in New Mexico (VS), en we hebben in 187 gevallen emissie gedetecteerd in Lyma-alpha van sterrenstelsels die veel verder weg zijn dan hun lenzen, waarvan we er 21 hebben waargenomen met de Hubble-ruimtetelescoop. Die waarnemingen bevestigen dat de meeste van deze objecten gravitatielenzen hebben".

De toename van de schijnbare helderheid (de helderheid die wordt waargenomen vanaf de aarde) van verre sterrenstelsels die wordt geproduceerd door zwaartekrachtlenzen, stelt ons in staat gegevens van verbeterde kwaliteit te verkrijgen. "Met telescopen zoals de GTC en de WHT", legt Ismael Pérez Fournon uit, een onderzoeker bij de IAC-ULL en coördinator van dit artikel, "We kunnen studies uitvoeren die onmogelijk zouden zijn zonder de aanwezigheid van de lenzen. In de praktijk is het alsof we al waarnemen met een van de toekomstige gigantische telescopen, zoals de Extremely Large European Telescope (E-ELT) van 39 m of de Thirty Meter Telescope (TMT)." "BG1429+1202 is zo helder dat hij zelfs te zien is op de fotografische beelden van de Digital Sky Survey", voegt Paloma Matínez Navajas toe, een onderzoeker bij de IAC en een andere van de auteurs van de studie.

Ondanks de talrijke eerdere studies van zwaartekrachtlenzen op basis van afbeeldingen en spectra van de Sloan Digital Sky Survey, BG1429+1202 was tot dit werk niet opgemerkt. "Ontdekkingen zoals BG1429+1202 demonstreren de manier waarop grote astronomische datasets van grote onderzoeken kunnen worden gedolven voor nieuwe astrofysische toepassingen. Bij het National Optical Astronomy Observatory (NOAO, in Tucson, Arizona VS), we zetten open access-mogelijkheden in om dit soort onderzoeksprojecten op grote schaal te ondersteunen met behulp van openbare breedveldbeeldgegevens van de Dark Energy Camera en andere instrumenten, evenals toekomstige datasets van projecten zoals het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), concludeert Adam Bolton, Associate Director van de NOAO en auteur van dit artikel.