Gravitační čočka s pětinásobným obrazem kvasaru

Hubbleův kosmický teleskop zachytil poprvé obraz vzdáleného kvasaru zesíleného a rozloženého efektem gravitační čočky do pěti dílčích obrazů. Navíc jsou zde zachyceny gravitační čočkou zobrazené galaxie a dokonce i supernova.

Nejunikátnější na tomto snímku (obr. 1) je skupina pěti obrazů kvasaru vytvořená procesem gravitační čočky, kterou tvoří v tomto případě celý shluk galaxií. Ten ohýbá a zesiluje světlo z kvasaru, ležícího daleko za tímto shlukem.

Ačkoliv již dříve byly známy i další několikanásobné obrazy kvasarů, tento nově pozorovaný "pětinásobný kvasar" je jediným případem, ve kterém je vícenásobný obraz dílem celého shluku galaxií fungujícího jako gravitační čočka.

Kvasar na pozadí je velmi jasné jádro galaxie. To obsahuje černou dírou pohlcující okolní plyn a prach a vytvářející díky tomu obrovský výtrysk světla. Když světlo kvasaru prochází kolem gravitačního pole shluku galaxií, který leží mezi námi a kvasarem, světlo je ohnuto takovým způsobem, že vytváří pět oddělených obrazů objektu obklopujících střed sluku. Pátý obraz kvasaru je při tom zobrazen vpravo od středu shluku. Kromě toho tento shluk vytváří také spleť obrazů dalších vzdálených galaxií gravitační čočkou uspořádaných do oblouku.

Shluk galaxií vytvářejících gravitační čočku je znám pod označením SDSS J1004+4112 a byl objevený jako součást automatizované přehlídky oblohy Sloan Digital Sky Survey. Jde o jeden z nejvzdálenějších shluků galaxií, který známe. Vzdálen je sedm miliard světelných roků, redshift z=0.68, a pozorujeme jej tedy ve věku, kdy vesmír měl jen polovinu svého současného věku.

Efekt gravitační čočky nastává díky extrémně koncentrované hmotě, kterou mohou být jádra galaxií nebo galaktické shluky. Jejich silná přitažlivost zvlní prostor, který je obklopuje a světlo letící přes takto deformovaný prostor mění svůj směr. Vícenásobné obrazy vzdáleného světelného zdroje pak můžeme pozorovat v případě, že světlo v takovémto pokřiveném prostoru prolétá po různých drahách. (obr. 2)

Gravitační čočky vytváří lichý počet různě jasných obrazů, přičemž jeden z nich je obvykle velmi slabý a leží hluboko uvnitř světla objektu vytvářejícího samotnou gravitační čočku. Z předchozích pozorování SDSS J1004+4112 byly známy čtyři obrazy kvasaru, ovšem Hubblovo ostré zobrazení a velké zvětšení našlo pátý obraz dost daleko od jádra zobrazené centrální galaxie a tak jej učinilo viditelným.

Galaxie ve které se kvasar na pozadí nachází leží ve vzdálenosti asi 10 miliard světelných roků, redshift z=1.74. Hostitelská galaxie kvasaru je na snímku zobrazena se slabým červeným obloukem. Jde o nejvíce zvětšený obraz hostitelské galaxie kvasaru jaký kdy astronomové viděli.

Na snímku je také velké množství protažených obločků, které jsou vzdálenými galaxiemi ležícími za shlukem, přičemž každá z nich je rozdělena na více deformovaných obrazů. Nejvzdálenější identifikované a doposud potvrzené galaxie jsou vzdáleny až 12 miliard světelných roků, redshift z=3,33, s jsou tedy staré jen 1,8 miliardy roků po Velkém třesku ve kterém vznikl vesmír.

Porovnáním tohoto obrazu se snímkem shluku získaného Hubbleovým teleskopem před rokem, byla objevena i jiná vzácná událost. Jse o supernovu, která vybuchla v jedné ze skupin galaxií. Tato supernova explodovala před sedmi miliardami let a tak data získaná společně s ostatními pozorováními supernov, mohou být použita k rekonstrukci procesů při nichž byl vesmír, díky těmto explozím, obohacen o těžké prvky.