INAF astronomik keşfi: Bir kütleçekim yayının şimdiye kadarki en keskin görüntüsü

Medicina'daki (Bologna yakınlarındaki) Ulusal Astrofizik Enstitüsü'ndeki (INAF) çanak anten de dahil olmak üzere küresel bir radyo teleskop ağının ortak çalışması sayesinde, uluslararası bir ekip uzak galaksilerin gözlemlenmesinde yeni bir sayfa açtı. Uzun tabanlı interferometri (VLBI) tekniğinin uygulanması ve kütleçekim merceklerinin incelenmesi, sırasıyla Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirileri ve Nature Astronomy'de yayınlanan iki çığır açıcı sonuç ortaya koydu. : Bir kütleçekim yayının en keskin radyo görüntüsü ve yalnızca kütleçekim etkisiyle kozmolojik mesafelerde tespit edilen en küçük gök cisminin tanımlanması . Sonuçlar, uzak galaksilerin ve her şeyden önce, bulunması zor karanlık maddenin araştırılmasında yeni perspektifler açıyor.

Einstein'ın genel görelilik kuramında öngörüldüğü gibi kütleçekimsel merceklenme, büyük bir kütlenin uzay-zamanı bükerek ışığı veya daha uzak bir kaynaktan gelen radyasyonu bükmesiyle meydana gelir . Çalışma, yaklaşık 6,5 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan büyük bir eliptik galaksinin, 11 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan bir radyo kaynağından gelen radyasyonu büktüğü bir sistem olan JVAS B1938+666 kütleçekimsel merceklenme sistemine odaklanmıştır.

Olağanüstü ayrıntılar elde etmek için, Avrupa VLBI Ağı, Amerikan Çok Uzun Baz Çizgisi Dizisi ve Green Bank Teleskobu da dahil olmak üzere küresel olarak 22 radyo teleskobunu birbirine bağlayan Çok Uzun Baz Çizgisi İnterferometrisi (VLBI) tekniği kullanıldı. INAF tarafından işletilen Medicina'daki 32 metrelik "Gavril Grueff" anteni, bu ağın ayrılmaz bir parçasıydı. JIVE tarafından yönetilen veri korelasyonu, en uzak antenler arasındaki mesafeye eşit çapa sahip tek bir sanal antenin simülasyonunu sağlayarak, bir yay saniyesinin binde biri çözünürlüğe ulaştı. Bu çözünürlük, radyo kaynağının mesafesinde sadece otuz ışık yılı genişliğindeki yapıları ayırt etmeye eşdeğerdir.

1.7 GHz frekansında 14 saat süren gözlemler, " bu teknikle şimdiye kadar gözlemlenen en belirgin, çok ince ve neredeyse tamamlanmış bir kütle çekim yayı" ortaya çıkardı. "

VLBI kullanılarak 1,7 GHz'de gözlemlenen JVAS B1938+666 sisteminin kütle çekim yayının sahte renkli görüntüsü. Kaynak: J.P. McKean ve diğerleri / MNRAS 2025

Mercek galaksisinin kütle dağılımının son derece hassas bir modellemesi sayesinde ekip, arka plan radyo kaynağının gerçek morfolojisini yeniden oluşturmayı başardı . Sonuçlar, 11 milyar ışık yılı uzaklıktaki uzak kaynağın, süper kütleli bir kara deliğin erken aktivitesiyle tutarlı, kompakt ve simetrik bir yapı olduğunu gösteriyor. Yapı, belirgin bir merkezi çekirdeğe sahip olmamakla birlikte, kenarlarında iki parlak radyo emisyon bölgesiyle karakterize , yaklaşık 2.000 ışık yılı boyunca uzanıyor gibi görünüyor.

INAF araştırmacısı ve çalışmanın ortak yazarı Cristiana Spingola , " Bu makale, özellikle karmaşık olan VLBI gözlemlerini sunan bir dizi makalenin ilkidir ," yorumunu yaptı. Gözlemlerin koordinatörü, Groningen Üniversitesi'nden John McKean ise, " İlk yüksek çözünürlüklü görüntüden itibaren, kütle çekim yayında belirli bir anormallik fark ettik; bu, doğru yolda olduğumuzun açık bir işaretidir ," diye ekledi.

Yerçekimi yayında bulunan anomali, ince bir bozulma , daha da şaşırtıcı bir keşfin açık bir işareti haline geldi. Aynı karmaşık VLBI veri setini kullanan ikinci bir çalışma, uzak Evren'de yalnızca yerçekimi kullanılarak şimdiye kadar tespit edilen en küçük nesneyi belirledi .

Nature Astronomy'de yayınlanan çalışmada tanımlanan, kütlesi 1 milyon Güneş'e eşit olan kompakt kaynağın sahte renkli görüntüsü. Kaynak: D.M. Powell ve diğerleri / Nature Astronomy

Ekip, veri analizi için yeni ve gelişmiş algoritmalar geliştirerek, mercek galaksisiyle aynı mesafede (6,5 milyar ışık yılı) yaklaşık bir milyon Güneş kütlesine sahip ek bir kütle yoğunluğu tespit etti. Bu değer, bir galaksi için tipik olan trilyondan çok daha az. Keşif devrim niteliğinde: " Bu kadar düşük kütleli bir cismin, yalnızca kütleçekim etkisine dayanarak kozmolojik bir mesafede tespit edilmesi ilk kez oldu ," dedi Spingola .

Çalışmanın ortak yazarı ve Bologna INAF Radyo Astronomi Enstitüsü'nde araştırmacı olan Cristiana Spingola. Kaynak: INAF

Bu küçük kütle, doğrudan gözlemlenemeyecek kadar sönük ve yoğun nesnelerin varlığına dair kanıt teşkil ediyor ve tanımlanması "karanlık maddenin doğasını anlamak için kritik bir test" olarak kabul ediliyor. Bu nesne bir karanlık madde halesi, yoğun bir yıldız kümesi veya küçük, sönmüş bir cüce galaksi olabilir . Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden Simona Vegetti'nin de belirttiği gibi, " Kendi Samanyolu'muz da dahil olmak üzere her galaksinin karanlık madde kümeleriyle dolu olmasını bekliyoruz, ancak bunları bulmak ve bilim camiasını varlıklarına ikna etmek çok büyük miktarda hesaplama gerektiriyor. "

Eğer daha ileri analizler ve benzer vakaların araştırılması bu ölçekte karanlık cisimlerin varlığını doğrularsa, karanlık maddenin doğasına ilişkin bazı yerleşik teoriler kesin olarak elenebilir ve kozmoloji için yeni ufuklar açabilir.

Kapak görseli. JVAS B1938+666 sisteminin kütleçekim yayından gelen kızılötesi emisyonun (siyah beyaz) radyo emisyonuyla (renkli) üst üste bindirilmesi. Koyu renkli, düşük kütleli cisim, yayın sağ tarafındaki boşlukta, parlak kısımda yer almaktadır. Kaynak: Keck/EVN/GBT/VLBA/John McKean