Astronomen messen Zeitverzögerungen in den Mehrfach-Abbildern eines Quasars

Optische Aufnahme des Quasars SDSSJ1029+2623. Ein Galaxienhaufen agiert als Gravitationslinse und erzeugt mehrere Abbilder dieses Objekts. Astronomen haben Zeitverzögerungen in den Abbildern registriert, die durch die verschiedenen kosmologischen Bahnen des Lichts im Weltraum entstehen. (Dahle and the Nordic Optical Telescope)
Optische Aufnahme des Quasars SDSSJ1029+2623. Ein Galaxienhaufen agiert als Gravitationslinse und erzeugt mehrere Abbilder dieses Objekts. Astronomen haben Zeitverzögerungen in den Abbildern registriert, die durch die verschiedenen kosmologischen Bahnen des Lichts im Weltraum entstehen. (Dahle and the Nordic Optical Telescope)

Quasare sind Galaxien mit massereichen Schwarzen Löchern in ihren Kernen, in deren Umgebung riesige Mengen Energie freigesetzt werden. Es wird tatsächlich so viel Licht emittiert, dass der Kern eines Quasars viel heller ist als der gesamte Rest seiner Heimatgalaxie. Aufgrund ihrer immensen Helligkeiten können Quasare auch dann noch beobachtet werden, wenn sie sehr weit entfernt sind.

Beispielsweise ist der Quasar SDSS J1029+2623 so weit entfernt, dass sein Licht 11,4 Milliarden Jahre lang zu uns unterwegs war – das sind etwa 83 Prozent des Alters des Universums. Dieser Quasar ist besonders ungewöhnlich, weil er fünf Quasar-Nachbarn am Himmel hat, die ihm sehr ähnlich sehen und sich darüber hinaus in der gleichen kosmologischen Distanz befinden.

Der Quasar SDSS J1029+2623 unterliegt in Wirklichkeit dem Gravitationslinseneffekt: Sein Licht wird durch die Gravitation eines Galaxienhaufens verzerrt und verstärkt, der zufälligerweise zwischen ihm und uns liegt. Das geschieht in Übereinstimmung mit Einsteins Vorhersage, laut der Licht durch Gravitation gebeugt werden kann.

Es sind nur ein paar weitere Quasare bekannt, deren Licht durch eine Gravitationslinse in mehrere Abbilder aufgeteilt wird. Weil das Licht für jedes Abbild eine andere kosmologische Bahn nimmt, sagten Astronomen vor mehr als 50 Jahren voraus, dass jedwede Zeitverzögerungen zwischen den Helligkeitsausbrüchen der Abbilder dafür verwendet werden kann, um die zugrunde liegenden kosmologischen Parameter zu messen – zum Beispiel das Alter und die Expansionsrate des Universums.

Mit diesen Zeitverzögerungen kann außerdem die Dichteverteilung der Linse untersucht werden. Solche Zeitverzögerungen wurden jetzt registriert, wobei die längsten von ihnen in der Größenordnung von ein paar Jahren liegen. In dem Fall, wenn einzelne Galaxien (nicht Galaxienhaufen) als Linsen agieren, liegen die Zeitverzögerungen häufiger im Bereich von Wochen oder Monaten.

Der Astronom Matthew Bayliss vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und vier seiner Kollegen führten eine Kampagne durch, um die Zeitverzögerungen in den Abbildern des Quasars SDSS J1029+2623 mit dem 2,56-Meter Nordic Optical Telescope auf den Kanarischen Inseln (Spanien) zu überwachen. Im Verlauf der drei Jahre dauernden systematischen Beobachtungen stellten sie eine Zeitverzögerung von 722 Tagen zwischen dem Abbild fest, dessen Licht laut der Voraussage als erstes eintrifft (Image C), und der Komponente, die am hellsten ist. Außerdem registrierten sie eine Zeitverzögerung von 47,7 Tagen zwischen den beiden hellsten Komponenten. Zufälligerweise erfuhr das Image C während dieser Zeitperiode einen starken Helligkeitsanstieg, und die Modelle sagen voraus, dass dieses Ereignis in den kommenden paar Jahren bei den anderen fünf Abbildern beobachtet werden sollte.

Die Daten sind noch nicht gut genug, um kosmologische Parameter zu verfeinern (zumindest noch nicht), aber das Team setzt die genaue Überwachung des Quasars fort und hofft, die Zeitverzögerungen in allen sechs Komponenten im Laufe der nächsten Beobachtungskampagnen exakt bestimmen zu können.

Abhandlung: “Time Delay Measurements for the Cluster-Lensed Sextuple Quasar SDSS J2222+2745” von H. Dahle, M. D. Gladders, K. Sharon, M. B. Bayliss und J. R. Rigby, ApJ 813, 67, 2015

Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/su201548

(THK)

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