Determinato a trovare un ago in un pagliaio cosmico, una coppia di astronomi ha viaggiato nel tempo attraverso gli archivi di vecchi dati dell'Osservatorio W. M. Keck a Mauankea alle Hawaii e i vecchi dati a raggi X dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA per svelare un mistero che circonda un luminoso, lenti, quasar pesantemente oscurato.

Questo oggetto celeste, che è una galassia attiva che emette enormi quantità di energia a causa di un buco nero che divora materiale, è un oggetto emozionante in sé. Trovarne uno con lenti gravitazionali, facendolo apparire più luminoso e più grande, è eccezionalmente eccitante. Sebbene siano attualmente noti poco più di 200 quasar non oscurati con lenti, il numero di quasar oscurati scoperti è in cifre singole. Questo perché il buco nero che si nutre solleva gas e polvere, occultando il quasar e rendendolo difficile da rilevare nei rilevamenti di luce visibile.

Non solo i ricercatori hanno scoperto un quasar di questo tipo, hanno scoperto che l'oggetto sembra essere il primo anello di Einstein scoperto, denominato MG 1131+0456, che è stato osservato nel 1987 con la rete di radiotelescopi Very Large Array nel New Mexico. Sorprendentemente, sebbene ampiamente studiato, la distanza o il redshift del quasar rimaneva un punto interrogativo.

"Mentre scavavamo più a fondo, siamo rimasti sorpresi che una fonte così famosa e luminosa non abbia mai avuto una distanza misurata per essa, " ha detto Daniel Stern, ricercatore senior presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA e autore dello studio. "Avere una distanza è un primo passo necessario per tutti i tipi di studi aggiuntivi, come usare la lente come strumento per misurare la storia dell'espansione dell'universo e come sonda per la materia oscura".

Stern e il coautore Dominic Walton, un STFC Ernest Rutherford Fellow presso l'Istituto di Astronomia dell'Università di Cambridge (Regno Unito), sono i primi a calcolare la distanza del quasar, che dista 10 miliardi di anni luce (o un redshift di z =1,849).

Il risultato è pubblicato nel numero di oggi del Lettere per riviste astrofisiche .

"Tutto questo giornale era un po' nostalgico per me, facendomi guardare le carte dei primi giorni della mia carriera, quando ero ancora al liceo. Il muro di Berlino era ancora in piedi quando questo anello di Einstein fu scoperto per la prima volta, e tutti i dati presentati nel nostro articolo sono dell'ultimo millennio, " disse Stern.

Metodologia

Al momento della loro ricerca, i telescopi in tutto il pianeta sono stati chiusi a causa della pandemia di coronavirus (da allora l'Osservatorio di Keck ha riaperto il 16 maggio); Stern e Walton hanno approfittato del loro lungo tempo a casa per portare avanti la scienza in modo creativo combinando i dati del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA per cercare lenti gravitazionali, quasar pesantemente oscurati. Mentre la polvere nasconde la maggior parte delle galassie attive nei rilevamenti di luce visibile, che la polvere oscurante rende tali sorgenti molto luminose nelle rilevazioni all'infrarosso, come fornito da WISE.

Sebbene i quasar siano spesso estremamente lontani, gli astronomi possono rilevarli attraverso la lente gravitazionale, un fenomeno che funge da lente d'ingrandimento della natura. Ciò si verifica quando una galassia più vicina alla Terra funge da lente e rende il quasar dietro di essa estremamente luminoso. Il campo gravitazionale della galassia più vicina deforma lo spazio stesso, piegando e amplificando la luce del quasar sullo sfondo. Se l'allineamento è giusto, questo crea un cerchio di luce chiamato anello di Einstein, predetto da Albert Einstein nel 1936. Più tipicamente, la lente gravitazionale farà apparire più immagini dell'oggetto sullo sfondo intorno all'oggetto in primo piano.

Una volta che Stern e Walton hanno riscoperto MG 1131+0456 con WISE e si sono resi conto che la sua distanza rimaneva un mistero, hanno meticolosamente setacciato i vecchi dati del Keck Observatory Archive (KOA) e hanno scoperto che l'Osservatorio ha osservato il quasar sette volte tra il 1997 e il 2007 utilizzando il Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) sul telescopio Keck I, così come il Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC) e l'Echellette Spectrograph and Imager (ESI) sul telescopio Keck II.

"Siamo stati in grado di estrarre la distanza dal primo set di dati di Keck, preso nel marzo del 1997, nei primi anni dell'Osservatorio, " ha detto Walton. "Siamo grati a Keck e alla NASA per i loro sforzi collaborativi per rendere pubblicamente disponibili al mondo più di 25 anni di dati Keck. Il nostro giornale non sarebbe stato possibile senza di esso".

Il team ha anche analizzato i dati d'archivio della NASA dall'Osservatorio a raggi X Chandra nel 2000, nel primo anno dopo il lancio della missione.

Prossimi passi

Con la distanza di MG 1131+0456 ora nota, Walton e Stern sono stati in grado di determinare la massa della galassia con lente di ingrandimento con squisita precisione e di utilizzare i dati di Chandra per confermare con sicurezza la natura oscurata del quasar, determinare con precisione quanto gas interposto si trova tra noi e le sue regioni centrali luminose.

"Possiamo ora descrivere completamente l'unicità, geometria fortuita di questo anello di Einstein, " ha detto Stern. "Questo ci permette di creare studi di follow-up, come l'utilizzo del James Webb Space Telescope, che sarà presto lanciato, per studiare le proprietà della materia oscura della galassia lente".

"Il nostro prossimo passo è trovare quasar con lenti che sono ancora più pesantemente oscurate di MG 1131+0456, " disse Walton. "Trovare quegli aghi sarà ancora più difficile, ma sono là fuori in attesa di essere scoperti. Queste gemme cosmiche possono darci una comprensione più profonda dell'universo, comprese ulteriori informazioni su come i buchi neri supermassicci crescono e influenzano l'ambiente circostante, "dice Walton.