Ейнщайновият кръст (ZW 2237+030) — квазар и гравитационно лещиране

Ейнщайновият кръст ZW 2237+030: мистичен квазар, лещиран от близка галактика — четири образа на 8 млрд. св.г., видим при тъмно небе с големи аматьорски телескопи.

Кръстът на Айнщайн (известен още като Ейнщайновият кръст) представлява четири отделни изображения на един и същ далечен квазар, видими около ярката ядрова част на предна планова галактика. Този квазар е разположен на примерно 8 000 000 000 светлинни години (ly) или около 2 500 000 000 парсека (pc) от нас, а заради силното гравитационно лещиране наблюдаваме четири негови образа, разположени почти симетрично около ядрата на лещата.

Квазарът се намира непосредствено зад ZW 2237+030 - лещата на Хухра, галактиката, която го обективира. Четири изображения на един и същ далечен квазар се появяват около тази галактика на преден план поради силното гравитационно обективиране. Лещата е ярка, близка спирална галактика с ясно видимо ядро и ленти прах, което придава характерния вид на „кръст“.

Червено отместване, разстояния и физика

Според червеното му преместване квазарът се намира на около 8 милиарда светлинни години от Земята (източникът има червено отместване z ≈ 1.695), докато галактиката, която го обективира, е значително по-близо — на редици стотици милиони светлинни години (нейното червено отместване е z ≈ 0.0394, което съответства приближено на няколко стотици милиона светлинни години). Тази голяма разлика в разстоянията е причината масивната предна галактика да действа като ефективна гравитационна леща и да раздели образа на фоновия квазар на четири образа.

Как възниква „кръстът“

Гравитационното лещиране се случва, когато голяма маса (галактика или куп звезди и тъмна материя) изкривява пространството около себе си и променя трасето на светлината от по-далечен източник. Ако разположението на източник, леща и наблюдател е почти перфектно подравнено, множеството пътища за светлина могат да създадат няколко отделни изображения. В случая на Ейнщайновия кръст геометрията и масовото разпределение на лещата дават четири ясно отделени образа, които образуват приблизително кръстовиден модел около центъра на галактиката.

Научно значение и микролещиране

Ейнщайновият кръст е важен лабораторен пример за изследване на няколко явления:

• Структурата на квазара: промените в яркостта на отделните изображения (особено при микролещиране от звезди в лещата) позволяват да се моделира размерът и структурата на емисионната област в квазара.
• Микролещиране: звезди в предната галактика могат да причиняват допълнителни краткотрайни вариации в яркостта на отделните образи. Тези вариации дават информация за масите на обектите в лещата и за вътрешната структура на квазара.
• Космологически измервания: при някои системи времевите закъснения между образите се използват за определяне на космологически параметри като стойността на H0; при ZW 2237+030 обаче времевите закъснения са много малки (поради близостта на лещата), което ограничава този метод в този конкретен случай.

История на откритието и наблюдения

Системата е открита и описана от екип воден от астрономи през 1980-те години и бързо привлече внимание като емблематичен пример за силно гравитационно лещиране. Оттогава тя е обект на многогодишни фотометрични и спектроскопични наблюдения, които проследяват вариабилността и микролещиращите събития в отделните изображения.

Наблюдение с аматьорски телескоп

Астрономите любители могат да видят част от кръста с помощта на телескопи, но това изисква изключително тъмно небе и огледала за телескопи с диаметър 18 инча или повече. При добри атмосферни условия и дълги експонации с CCD камера се виждат отделните компоненти като четири точки около централната част на галактиката. За успешни наблюдения се препоръчват:

• много тъмно място и добър прозрачност на небето,
• стабилна монтировка и насочване с висока точност,
• серии от дълги експонации и последващо натрупване (stacking) за повишаване на сигнал-шум,
• използване на филтри (например R или V) за подобряване на контраста спрямо фоновата галактика.

Ейнщайновият кръст остава едно от най-забележителните и добре изучени реализации на гравитационното лещиране, полезно както за любители, така и за професионални астрономи, които изследват природата на квазарите и разпределението на масата в предните галактики.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява кръстът на Айнщайн?

В: На какво разстояние от Земята се намира галактиката ZW 2237+030, която е обект на наблюдение?

В: Колко изображения на един и същ далечен квазар се появяват около галактиката на преден план поради силното гравитационно обективиране?

В: Защо любителите астрономи се нуждаят от изключително тъмно небе и големи огледала на телескопите, за да видят кръста на Айнщайн?

В: Какво е значението на червеното отместване на квазара?

Въпрос: Как се нарича галактиката, която излъчва леща?

В: На колко парсека от нас се намира Кръстът на Айнщайн?

Търсене по буква