Crédito da imagem: SDSS
As lentes gravitacionais acontecem quando a luz de um objeto distante, como um quasar, é distorcida pela gravidade de um objeto mais próximo. Os astrônomos descobriram exatamente essas lentes, onde as distorções são tão grandes que precisam ser causadas por uma quantidade significativa de matéria escura - o material visível por si só não poderia ser responsável. A matéria escura é prevista por sua influência gravitacional nas galáxias e nas estrelas do Universo, mas até agora os astrônomos não sabem ao certo o que é; seja apenas matéria regular, que é muito fria para ser vista da Terra, ou algum tipo de partícula exótica.
Os cientistas do Sloan Digital Sky Survey descobriram um quasar com lentes gravitacionais com a maior separação já registrada e, ao contrário das expectativas, descobriram que quatro dos quasares mais distantes e luminosos conhecidos não têm lentes gravitacionais.
A Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein prevê que a atração gravitacional de um corpo maciço pode atuar como uma lente, dobrando e distorcendo a luz de um objeto distante. Uma estrutura maciça em algum lugar entre um quasar distante e a Terra pode "lente" a luz de um quasar, tornando a imagem substancialmente mais brilhante e produzindo várias imagens de um objeto.
Em um artigo publicado na edição de 18/25 de dezembro da revista NATURE, uma equipe do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) liderada pelos estudantes de graduação da Universidade de Tóquio Naohisa Inada e Masamune Oguri relatam que quatro quasares próximos são, de fato, a luz de um quasar dividido em quatro imagens por lente gravitacional.
Mais de 80 quasares com lentes gravitacionais foram descobertos desde que o primeiro exemplo foi encontrado em 1979. Uma dúzia dos quasares com lentes catalogadas são descobertas do SDSS, das quais metade são o resultado do trabalho de Inada e sua equipe.
Mas o que torna essa descoberta tão dramática é que a separação entre as quatro imagens é duas vezes maior que a de qualquer quasar com lente gravitacional anteriormente conhecido. Até a descoberta desse quasar de lente quádrupla, a maior separação conhecida em um quasar de lente gravitacional era de 7 segundos de arco. O quasar encontrado pela equipe do SDSS está na constelação de Leo Minor; consiste em quatro imagens separadas por 14,62 segundos de arco.
Para produzir uma separação tão grande, a concentração de matéria que originou a lente deve ser particularmente alta. Há um aglomerado de galáxias no primeiro plano dessa lente gravitacional; a matéria escura associada ao aglomerado deve ser responsável pela grande separação sem precedentes.
“Observações adicionais obtidas no telescópio Subaru de 8,2 metros e no telescópio Keck confirmaram que esse sistema é realmente uma lente gravitacional”, explica Inada. "Os quasares dividem-se tanto por lentes gravitacionais que são muito raros e, portanto, só podem ser descobertos em pesquisas muito grandes, como o SDSS".
Oguri acrescentou: “A descoberta de uma dessas grandes lentes gravitacionais dentre os mais de 30.000 quasares SDSS pesquisados até o momento é perfeitamente consistente com as expectativas teóricas de modelos nos quais o universo é dominado pela matéria escura e fria. Isso oferece fortes evidências adicionais para esses modelos. ” (A matéria escura fria, diferentemente da matéria escura quente, forma aglomerados apertados, do tipo que causa esse tipo de lente gravitacional.)
"As lentes gravitacionais que descobrimos fornecerão um laboratório ideal para explorar a relação entre objetos visíveis e matéria escura invisível no universo", explicou Oguri.
Em um segundo artigo a ser publicado no Astronomical Journal em março de 2004, uma equipe liderada por Gordon Richards, da Universidade de Princeton, usou a alta resolução do Telescópio Espacial Hubble para examinar quatro dos quasares mais distantes conhecidos descobertos pelo SDSS quanto a sinais de lentes gravitacionais. .
Olhar para grandes distâncias em astronomia está olhando para trás no tempo. Esses quasares são vistos em uma época em que o universo tinha menos de 10% de sua idade atual. Esses quasares são tremendamente luminosos e acredita-se que sejam alimentados por enormes buracos negros com massas vários bilhões de vezes superiores ao Sol. Os pesquisadores disseram que é um verdadeiro mistério como esses buracos negros maciços poderiam ter se formado tão cedo no universo. No entanto, se esses objetos tiverem lentes gravitacionais, os pesquisadores do SDSS infeririam luminosidades substancialmente menores e, portanto, massas de buracos negros, facilitando a explicação de sua formação.
“Quanto mais distante um quasar, maior a probabilidade de uma galáxia estar entre ela e o espectador. É por isso que esperávamos que os quasares mais distantes fossem fotografados ”, explicou o pesquisador do SDSS Xiaohui Fan, da Universidade do Arizona. No entanto, contrariamente às expectativas, nenhum dos quatro mostra qualquer sinal de várias imagens que é a marca registrada da lente.
“Apenas uma pequena fração dos quasares são gravitacionais. No entanto, quasares tão brilhantes são muito raros no universo distante. Como as lentes fazem com que os quasares pareçam mais brilhantes e, portanto, mais fáceis de serem detectados, esperávamos que nossos quasares distantes fossem os mais prováveis de serem fotografados ”, sugeriu o membro da equipe Zoltan Haiman, da Columbia University.
“O fato de esses quasares não serem observados diz que os astrônomos precisam levar a sério a ideia de que quasares, alguns bilhões de vezes a massa do Sol se formaram menos de um bilhão de anos após o Big Bang”, disse Richards. "Estamos procurando agora mais exemplos de quasares com alto desvio para o vermelho no SDSS para dar aos teóricos ainda mais buracos negros supermassivos para explicar".
Fonte original: Comunicado de imprensa do SDSS
