Decidido a encontrar una aguja en un pajar cósmico, un par de astrónomos viajaron en el tiempo a través de archivos de datos antiguos del Observatorio W. M. Keck en Mauankea en Hawai y datos de rayos X antiguos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para descubrir un misterio que rodea a un brillante, lente cuásar muy oscurecido.

Este objeto celeste, que es una galaxia activa que emite enormes cantidades de energía debido a que un agujero negro devora material, es un objeto emocionante en sí mismo. Encontrar uno que tenga lentes gravitacionales, haciéndolo parecer más brillante y más grande, es excepcionalmente emocionante. Si bien actualmente se conocen algo más de 200 cuásares no ocultos con lentes, el número de cuásares oscurecidos con lentes descubiertos es de un solo dígito. Esto se debe a que el agujero negro que se alimenta agita gas y polvo, encubriendo el quásar y dificultando su detección en estudios de luz visible.

Los investigadores no solo descubrieron un cuásar de este tipo, encontraron que el objeto es el primer anillo de Einstein descubierto, llamado MG 1131 + 0456, que se observó en 1987 con la red Very Large Array de radiotelescopios en Nuevo México. Notablemente, aunque ampliamente estudiado, la distancia o el corrimiento al rojo del quásar seguía siendo un signo de interrogación.

"A medida que profundizamos, nos sorprendió que una fuente tan famosa y brillante nunca tuviera una distancia medida para ella, "dijo Daniel Stern, científico investigador principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y autor del estudio. "Tener distancia es un primer paso necesario para todo tipo de estudios adicionales, como usar la lente como herramienta para medir la historia de expansión del universo y como sonda para la materia oscura ".

Stern y el coautor Dominic Walton, un miembro del STFC Ernest Rutherford en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), son los primeros en calcular la distancia del quásar, que está a 10 mil millones de años luz de distancia (o un corrimiento al rojo de z =1.849).

El resultado se publica en el número de hoy de la Cartas de revistas astrofísicas .

"Todo este artículo fue un poco nostálgico para mí, haciéndome mirar papeles de los primeros días de mi carrera, cuando todavía estaba en la escuela de posgrado. El Muro de Berlín todavía estaba levantado cuando se descubrió por primera vez este anillo de Einstein, y todos los datos presentados en nuestro artículo son del último milenio, "dijo Stern.

Metodología

En el momento de su investigación, los telescopios de todo el planeta se cerraron debido a la pandemia de coronavirus (el Observatorio Keck ha reabierto desde entonces el 16 de mayo); Stern y Walton aprovecharon su tiempo extendido en casa para mantener la ciencia en marcha de manera creativa al analizar los datos del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA para buscar lentes gravitacionales, cuásares muy oscurecidos. Mientras que el polvo esconde la mayoría de las galaxias activas en estudios de luz visible, que el polvo oscurecedor hace que tales fuentes sean muy brillantes en los estudios infrarrojos, tal como lo proporciona WISE.

Aunque los cuásares suelen estar muy lejos, los astrónomos pueden detectarlos a través de lentes gravitacionales, un fenómeno que actúa como lupa de la naturaleza. Esto ocurre cuando una galaxia más cercana a la Tierra actúa como una lente y hace que el quásar detrás de ella parezca más brillante. El campo gravitacional de la galaxia más cercana deforma el espacio mismo, doblando y amplificando la luz del quásar en el fondo. Si la alineación es la correcta, esto crea un círculo de luz llamado anillo de Einstein, predicho por Albert Einstein en 1936. Más típicamente, La lente gravitacional hará que aparezcan varias imágenes del objeto de fondo alrededor del objeto de primer plano.

Una vez que Stern y Walton redescubrieron MG 1131 + 0456 con WISE y se dieron cuenta de que su distancia seguía siendo un misterio, Ellos revisaron meticulosamente datos antiguos del Archivo del Observatorio Keck (KOA) y encontraron que el Observatorio observó el cuásar siete veces entre 1997 y 2007 usando el Espectrómetro de Imágenes de Baja Resolución (LRIS) en el telescopio Keck I, así como el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSPEC) y el espectrógrafo y generador de imágenes Echellette (ESI) en el telescopio Keck II.

"Pudimos extraer la distancia del primer conjunto de datos de Keck, tomada en marzo de 1997, en los primeros años del observatorio, ", dijo Walton." Estamos agradecidos con Keck y la NASA por sus esfuerzos de colaboración para hacer que más de 25 años de datos de Keck estén disponibles públicamente para el mundo. Nuestro periódico no hubiera sido posible sin eso ".

El equipo también analizó los datos de archivo de la NASA del Observatorio de rayos X Chandra en 2000, en el primer año después del lanzamiento de la misión.

Próximos pasos

Con la distancia de MG 1131 + 0456 ahora conocida, Walton y Stern pudieron determinar la masa de la galaxia con lente con exquisita precisión y usaron los datos de Chandra para confirmar de manera robusta la naturaleza oscurecida del cuásar. determinando con precisión la cantidad de gas que interviene entre nosotros y sus regiones centrales luminosas.

"Ahora podemos describir completamente lo único, geometría fortuita de este anillo de Einstein, ", dijo Stern." Esto nos permite elaborar estudios de seguimiento, como el uso del telescopio espacial James Webb, que se lanzará próximamente, para estudiar las propiedades de la materia oscura de la galaxia con lentes ".

"Nuestro siguiente paso es encontrar cuásares con lentes que estén aún más oscurecidos que MG 1131 + 0456, ", dijo Walton." Encontrar esas agujas va a ser aún más difícil, pero están ahí afuera esperando ser descubiertos. Estas gemas cósmicas pueden darnos una comprensión más profunda del universo, incluyendo más información sobre cómo los agujeros negros supermasivos crecen e influyen en su entorno, "dice Walton.