Amellett, hogy a tökéletesen kör alakú Einstein-gyűrű lenyűgöző látványt nyújt, tudományos szempontból is érdekes: segítségével ugyanis a kutatóknak sikerült "megmérni" egy közel 600 millió fényévre lévő galaxis szívében található sötét anyag tömegét.
Az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) által 2023-ban felbocsátott űreszköz fő célja az Univerzum sötét alkotóinak, tehát a sötét anyagnak és a sötét energiának a vizsgálata. Ehhez az űrtávcső egy háromdimenziós térképet készít az égboltról és visszatekint a jelenleg 13,8 milliárd éves Univerzum fiatalabb korába, 10 milliárd évvel ezelőttre is.
A nemrégiben talált Einstein-gyűrű létrejöttéhez az NGC 6505 nevű galaxis asszisztált lencséző objektumként, amely tőlünk 590 millió fényévre található. Ez a viszonylag közeli galaxis segítette tehát elő a Euclid-űrtávcső első Einstein-gyűrű detektálását az erős gravitációs lencsézés révén.
Korábbi ismereteink szerint a Tejútrendszerhez közeli galaxisok nem alkalmasak arra, hogy a gravitációs lencsehatás által fókuszálják és így felerősítsék egy távoli háttérobjektum fényét, majd többszörös képet hozzanak létre. Ez azonban mégis csak lehetségessé válik, ha a galaxis központi régiója sok sötét anyagot tartalmaz. A Euclid-űrtávcső által vizsgált Einstein-gyűrű egy igen távoli forrásgalaxisból ered, amelynek az NGC 6505 galaxis által gyűrű alakúra szétkent fénye 4,4 milliárd évnyi utazás után jutott el hozzánk.
A tökéletes és teljes Einstein-gyűrűk detektálása igen ritka, hiszen speciális geometriai helyzet szükséges hozzá, amelyben a lencsézett és a lencséző objektum tökéletesen egy vonalban helyezkedik el távcsöveinkből nézve. Éppen ezért nem valószínű, hogy sok, a mostanihoz hasonló objektumot fedez majd fel a Euclid: a becslések szerint legfeljebb 20 Einstein-gyűrű felfedezésére számíthatunk az űreszköz működési ideje alatt, a teljes feltérképezett égterületen.
Mik azok az Einstein-gyűrűk?
Az einsteini általános relativitáselmélet értelmében azok a testek, amelyek tömeggel rendelkeznek, meghajlítják a téridő lepedőhöz hasonlítható szövetét. Ennek eredményeként válik lehetségessé a gravitációs lencsézés jelensége is. A gravitációs lencsézés során egy nagy tömegű lencséző objektum meghajlítja a téridő szövetét, és így képes többszörös képet alkotni egy távolabbi, lencsézett forrásról, amelynek fénye többféle úton halad el a lencséző objektum mellett. Így különleges alakzatok, például Einstein-keresztek, Einstein-cikcakkok, avagy Einstein-gyűrűk jöhetnek létre.
Az így kialakuló Einstein-gyűrű fényességeloszlásából következtethetünk a lencséző objektum, ez esetben az NGC 6505 galaxis tömegeloszlására, amelyhez hozzájárul a látható, tehát fényt kibocsátó anyag jelenléte mellett a detektorainkkal észlelhetetlen sötét anyag is. Ezt az észlelést az is különlegessé teszi, hogy az Einstein-gyűrű sugara kisebb, mint a teljes galaxisé, és így vizsgálatával bepillantást nyerhetünk a galaxis központi régiójába: meghatározhatjuk annak összetételét és struktúráját, ezáltal feltárva a sötét anyag eloszlását is.
A gravitációs lencsézést alapul vevő tömegbecslés az egyik legpontosabb tömegmeghatározó módszer: az Einstein-gyűrű modelljei és a vizsgált galaxis csillageloszlásának ismeretében pontosan meghatározható a gyűrűn belüli sötét anyag mennyisége. A számítások szerint az NGC 6505-ben a gyűrű által közbezárt régióban csak 11% a sötét anyag aránya. Tekintve, hogy az Univerzum anyagának 85%-a sötét anyag, a galaxisok központi régiója, ahol a sötét anyag ennél jócskán kevésbé van jelen, különleges helyszínnek számít. A kutatás során sikerült meghatározni az NGC 6505-ben a különböző tömegű csillagok eloszlását leíró kezdeti tömegfüggvényt is, amely számot ad a galaxis fejlődésének korábbi szakaszairól, illetve kialakulásáról is.
A Euclid-űrtávcső a működése során körülbelül 20 erős gravitációs lencse mellett több tízezer további, gyenge lencsét fog majd felfedezni az előzetes becslések szerint, amelyek ismeretében a kutatók fel tudják majd térképezni a vizsgált égterületen található látható, illetve sötét anyag eloszlását. Ez pedig hozzájárul majd az Univerzum legrejtélyesebb komponenseinek, a sötét anyagnak és a sötét energiának a mélyebb megismeréséhez.
Az itt leírtakról szóló tanulmány az Astronomy & Astrophysics című szaklapban jelent meg.
A cikk forrása: https://www.space.com/euclid-einstein-ring-dark-matter
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet