Vastbesloten om een ​​speld in een kosmische hooiberg te vinden, een paar astronomen reisden door de tijd door archieven van oude gegevens van het W.M. Keck Observatorium op Mauankea in Hawaï en oude röntgengegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory om een ​​mysterie te ontrafelen rond een helder, lens, zwaar verduisterde quasar.

Dit hemellichaam, dat een actief sterrenstelsel is dat enorme hoeveelheden energie uitstraalt als gevolg van een zwart gat dat materiaal verslindt, is op zich al een spannend object. Als je er een vindt met een zwaartekrachtlens, waardoor het helderder en groter lijkt, is buitengewoon spannend. Hoewel er momenteel iets meer dan 200 onbelemmerde quasars met lens bekend zijn, het aantal ontdekte verduisterde quasars met lens is in de enkele cijfers. Dit komt omdat het voedende zwarte gat gas en stof opwekt, de quasar verhullen en het moeilijk maken om te detecteren in onderzoeken met zichtbaar licht.

Niet alleen ontdekten de onderzoekers een quasar van dit type, ze ontdekten dat het object de eerste ontdekte Einstein-ring was, genaamd MG 1131+0456, die in 1987 werd waargenomen met het Very Large Array-netwerk van radiotelescopen in New Mexico. Opmerkelijk, hoewel uitgebreid bestudeerd, de afstand of roodverschuiving van de quasar bleef een vraagteken.

"Toen we dieper groeven, we waren verrast dat er voor zo'n beroemde en heldere bron nooit een afstand was gemeten, " zei Daniël Stern, senior onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory en auteur van de studie. "Afstand hebben is een noodzakelijke eerste stap voor allerlei aanvullende studies, zoals het gebruik van de lens als hulpmiddel om de expansiegeschiedenis van het heelal te meten en als sonde voor donkere materie."

Stern en co-auteur Dominic Walton, een STFC Ernest Rutherford Fellow aan het Institute of Astronomy van de Universiteit van Cambridge (VK), zijn de eersten die de afstand van de quasar berekenen, die 10 miljard lichtjaar verwijderd is (of een roodverschuiving van z =1,849).

Het resultaat is gepubliceerd in het huidige nummer van de Astrofysische journaalbrieven .

"Deze hele krant was een beetje nostalgisch voor mij, waardoor ik naar kranten kijk uit het begin van mijn carrière, toen ik nog op de middelbare school zat. De Berlijnse Muur stond nog toen deze Einstein-ring voor het eerst werd ontdekt, en alle gegevens in ons artikel zijn van het laatste millennium, ' zei Stern.

Methodologie

Op het moment van hun onderzoek, telescopen over de hele planeet waren gesloten vanwege de pandemie van het coronavirus (Sindsdien is Keck Observatory heropend op 16 mei); Stern en Walton maakten gebruik van hun langere tijd thuis om de wetenschap op creatieve wijze gaande te houden door gegevens van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) te doorzoeken om te zoeken naar zwaartekrachtlenzen, zwaar verduisterde quasars. Terwijl stof de meeste actieve sterrenstelsels verbergt in onderzoeken naar zichtbaar licht, dat verduisterend stof dergelijke bronnen erg helder maakt bij infraroodonderzoeken, zoals geleverd door WISE.

Hoewel quasars vaak extreem ver weg zijn, astronomen kunnen ze detecteren door middel van zwaartekrachtlenzen, een fenomeen dat fungeert als het vergrootglas van de natuur. Dit gebeurt wanneer een melkwegstelsel dichter bij de aarde als lens fungeert en de quasar erachter extra helder doet lijken. Het zwaartekrachtsveld van het dichterbij gelegen sterrenstelsel vervormt de ruimte zelf, buigen en versterken van het licht van de quasar op de achtergrond. Als de uitlijning goed is, dit creëert een cirkel van licht die een Einstein-ring wordt genoemd, voorspeld door Albert Einstein in 1936. Meer typisch, Door zwaartekracht te lenzen zullen er meerdere afbeeldingen van het achtergrondobject rond het voorgrondobject verschijnen.

Toen Stern en Walton MG 1131+0456 herontdekt hadden met WISE en zich realiseerden dat de afstand een mysterie bleef, ze hebben zorgvuldig oude gegevens van het Keck Observatory Archive (KOA) doorzocht en ontdekten dat het Observatorium de quasar tussen 1997 en 2007 zeven keer heeft waargenomen met behulp van de Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) op de Keck I-telescoop, evenals de Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC) en de Echellette Spectrograph and Imager (ESI) op de Keck II-telescoop.

"We waren in staat om de afstand te extraheren uit Keck's vroegste dataset, genomen in maart 1997, in de beginjaren van het observatorium, " zei Walton. "We zijn Keck en NASA dankbaar voor hun gezamenlijke inspanningen om meer dan 25 jaar aan Keck-gegevens openbaar beschikbaar te maken voor de wereld. Zonder dat zou onze krant niet mogelijk zijn geweest."

Het team analyseerde ook NASA's archiefgegevens van het Chandra X-ray Observatory in 2000, in het eerste jaar na de lancering van de missie.

Volgende stappen

Nu de afstand van MG 1131+0456 bekend is, Walton en Stern waren in staat om de massa van het van een lens voorziene sterrenstelsel met voortreffelijke precisie te bepalen en de Chandra-gegevens te gebruiken om de verduisterde aard van de quasar krachtig te bevestigen. nauwkeurig bepalen hoeveel interveniërend gas er tussen ons en zijn lichtgevende centrale regio's ligt.

"We kunnen nu de unieke, toevallige geometrie van deze Einstein-ring, " aldus Stern. "Hierdoor kunnen we vervolgonderzoeken maken, zoals het gebruik van de binnenkort te lanceren James Webb Space Telescope om de eigenschappen van donkere materie van het lensstelsel te bestuderen."

"Onze volgende stap is het vinden van quasars met lenzen die nog sterker verduisterd zijn dan MG 1131+0456, "zei Walton. "Het vinden van die naalden wordt nog moeilijker, maar ze wachten om ontdekt te worden. Deze kosmische edelstenen kunnen ons een dieper begrip van het universum geven, inclusief verder inzicht in hoe superzware zwarte gaten groeien en hun omgeving beïnvloeden, ' zegt Walton.