Soczewkowanie grawitacyjne w wysokich energiach

Artystyczna wizja centrum aktywnej galaktyki – blazara.
Źródło: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Astronomowie wykorzystując obserwacje w zakresie promieniowania gamma, pochodzące z kosmicznego teleskopu Fermi odkryli po raz pierwszy zjawisko soczewkowania grawitacyjnego w zakresie wysokich energii. Obiektem, dla którego zaobserwowano takie zdarzenia jest blazar B0218+357, oddalony o 4.35 miliarda lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Trójkąta (niebo północne).

Kosmiczny teleskop Fermiego (ang. Fermi Gamma-ray Space Telescope) obserwuje od 11-tego czerwca 2008 roku wysokoenergetyczne fotony gamma pochodzące od wielu różnych źródeł astronomicznych. Satelita prowadzi obserwacje promieniowania przychodzącego z kosmosu ze wszystkich kierunków. Fermi wyposażony został w dwa instrumenty: LAT (ang. Large Area Telescope), pracujący w zakresie od około 20 MeV do 300 GeV, zoptymalizowany do obserwacji całego nieba oraz GBM (ang. Gamma-ray Burst Monitor), instrument pracujący w zakresie energetycznym od 8 GeV do 30 MeV, z bardzo krótkim czasem reakcji (kilka mikrosekund), dzięki czemu idealnie nadaje się do detekcji błysków gamma.

Warto podkreślić, że Fermi-LAT  prowadzi przeglądy całego nieba w zakresie promieniowania gamma sięgającym  od kilkudziesięciu megaelektronowoltów do kilkuset gigaelektronowoltów. Nie jest dedykowany do szczegółowego monitoringu indywidualnych źródeł.

W centrum blazara B0218+357 znajduje się supermasywna czarna dziura, o masie miliardów mas Słońca. Z jej wnętrza wydobywają się dżety - skolimowane strugi plazmy, poruszającej się z relatywistycznymi prędkościami. W przypadku blazarów obserwowane dżety skierowane są pod niewielkimi kątami do obserwatora.
Zanim foton z  B0218+357 dotrze do Ziemi, przechodzi bezpośrednio przez galaktykę spiralną, oddaloną od Ziemi o około 4 mld lat świetlnych.

Ze zjawiskiem soczewkowania grawitacyjnego mamy do czynienia, gdy grawitacja masywnego obiektu sprawia, że światło pochodzące od odległego obiektu zostaje zakrzywione i wzmocnione.  Grawitacja galaktyki zakrzywia  światło, dzięki temu astronomowie mogą zobaczyć podwójny obraz tego samego blazara. Jest to jak dotąd najmniejsze odseparowanie obserwowanych obrazów tego samego obiektu i wynosi zaledwie jedną trzecią sekundy łuku.

W sierpniu 2012 roku Fermi-LAT zarejestrował serię jasnych rozbłysków z blazara B0218+357. Takie silne flary stanowią idealne narzędzie do poszukiwania zdarzeń soczewkowania grawitacyjnego.
Fotony obserwowane z obiektu poruszają się różnymi drogami, dzięki czemu odkryty rozbłysk może być zaobserwowany w innym miejscu np. dzień później.  Takie zdarzenie udało się właśnie zaobserwować dla B0218+357, który był szczegółowo monitorowany przez Fermi-LAT w ramach specjalnej, ponad tygodniowej kampanii ToO (ang. Target-of-Opportunity). W ramach prowadzonych obserwacji udało się zaobserwować trzykrotnie rozbłysk wraz z opóźnieniem wynoszącym 11.46 dnia. Co ciekawe obserwowane opóźnienie w zakresie promieniowania gamma jest o jeden dzień dłuższe niż zaobserwowane w zakresie radiowym. Astronomowie nie uważają, że promieniowanie gamma powstaje w tych samych obszarach, co fale radiowe. Stąd obserwowane opóźnienia mogą się różnić.

Naukowcy twierdzą, że porównanie takich obserwacji radiowych i w zakresie  gamma  może  dostarczyć nowych informacji na temat procesów zachodzących w  czarnych dziurach i nałożyć  nowe ograniczenia na wielkości kosmologiczne takie  jak stała Hubble'a,  czy tempo ekspansji Wszechświata.

Oryginalny artykuł: Fermi-LAT Detection of Gravitational Lens Delayed Gamma-ray Flares from Blazar B0218+357, C. C. Cheung i in., http://arxiv.org/abs/1401.0548; ukaże się w ApJL

Alicja Wierzcholska | Źródło: science20.com

Liczba odsłon: 2107