Doce cruces de Einstein raras descubiertas con Gaia

Gracias a la nave espacial de mapeo de estrellas Gaia de la ESA y al aprendizaje automático, los astrónomos han descubierto 12 quásares cuya luz es tan fuertemente desviada por las galaxias en primer plano que cada uno es visible como cuatro imágenes distintas, llamadas 'cruz de Einstein'. Estos cruces son herramientas únicas para aprender más sobre la materia oscura y la tasa de expansión del Universo.

Este montaje muestra los 12 cuásares recién descubiertos con imágenes cuádruples, también llamados "cruces de Einstein". El punto borroso en el medio de las imágenes es la galaxia lente, cuya gravedad divide la luz del quásar detrás de él de tal manera que produce cuatro imágenes de quásar. Al modelar estos sistemas y monitorear cómo las cuatro imágenes diferentes del cuásar varían en brillo a lo largo del tiempo, los astrónomos pueden determinar la tasa de expansión del Universo y ayudar a resolver problemas cosmológicos. Las 12 imágenes en falso color tienen 15 segundos de arco por lado. La separación mínima entre las imágenes de los cuásares en el más estrecho de estos cruces está en el nivel de ~ 0,5 segundos de arco. Los nombres de las cruces de Einstein, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, son: GraL J024848.7+191331, GraL J060710.8-215217, GraL J060841.4+422937, GraL J065904.1+162909, GraL J081828.3 -261325, GraL J113100.0-442000, GraL J153725.3-301017, GraL J165105.3-041725, GraL J181730.8+272940, GraL J201749.1+620443, GraL J203802.7-4008-14, GraL9 J.2014 085049. Crédito: La Colaboración GraL

La idea de que la gravedad podría hacer que los objetos masivos como las galaxias doblaran la estructura del espacio-tiempo y, por lo tanto, actuaran como una lente y desviaran la luz proveniente de objetos distantes, ya fue predicha por Einstein en 1912. Pero la primera imagen doble de una lente el cuásar solo se descubrió en 1979 y la primera imagen cuádruple en 1985.

Las cruces de Einstein son raras y desde 1985 solo se han descubierto unas 50. "Encontrar nuevos es difícil, porque no tenemos ni idea de dónde buscarlos exactamente. Requiere imágenes de alta resolución espacial solo para localizar candidatos", dice Francois Mignard de la Universidad de Côte d'Azur en Francia y miembro de Gaia Gravitational. Grupo de trabajo de lentes (GraL) [1] que publicó sus últimos hallazgos en The Astrophysical Journal.

Gaia cambia las reglas del juego en este campo, ya que es capaz de inspeccionar todo el cielo cada pocos meses con una resolución espacial sin precedentes. Los 12 cruces de Einstein recién descubiertos aumentan el número de cruces confirmados en un 25 por ciento.

El equipo usó métodos de aprendizaje automático personalizados para señalar los cuásares con lentes fuertes como candidatos en el lanzamiento de datos 2 de Gaia. "Luego, necesitábamos confirmar que las cuatro imágenes estrechamente empaquetadas no eran una alineación puramente aleatoria de cuatro fuentes independientes, sino realmente cuatro imágenes de un fuente única y distante, captada por una galaxia intermedia", dice Christine Ducourant, miembro del equipo de la Universidad de Burdeos en Francia.

Dado que las medidas espectrofotométricas de Gaia aún no se han publicado, se utilizó la fotometría obtenida por el Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA para preseleccionar a los candidatos más prometedores para la espectroscopia de seguimiento con telescopios terrestres [2], lo que confirmó que los 12 candidatos eran de hecho cuásares con imágenes cuádruples.

Los cuásares con lentes de imágenes múltiples son herramientas únicas para medir parámetros cosmológicos fundamentales como la constante de Hubble-Lemaître, la tasa actual de expansión del Universo, cuyo valor aún se discute.

Este diagrama ilustra cómo se producen en el cielo cuásares con imágenes cuádruples, o cuádruples para abreviar. La luz de un quásar distante, que se encuentra a miles de millones de años luz de distancia, es doblada por la gravedad de una galaxia masiva que se encuentra frente a él, como se ve desde nuestro punto de vista en la Tierra. La curvatura de la luz da como resultado la ilusión de que el cuásar se ha dividido en cuatro objetos similares que rodean la galaxia en primer plano. ​​​​​​​Crédito: R. Hurt (IPAC/Caltech)/La Colaboración GraL

"Los cuásares son objetos intrínsecamente variables, y debido a que la luz en cada imagen con lente ha cruzado diferentes caminos en el Universo, las fluctuaciones en la luz del cuásar aparecen en las imágenes en diferentes momentos. A partir de esto, es posible estimar la constante de Hubble-Lemaître, " explica el miembro del equipo Alberto Krone-Martins de la Universidad de California, Irvine, EE. UU. y del Centro de Astrofísica y Gravitación de la Universidad de Lisboa, Portugal.

Otra razón por la que los astrónomos buscan cuásares de imágenes múltiples es que pueden proporcionar información valiosa sobre la distribución de la materia oscura en las galaxias en primer plano. "Con base en la relatividad general y la distribución de la materia en la galaxia, podemos predecir dónde deberían estar las imágenes del cuásar con lente. La diferencia entre lo que predecimos y lo que observamos nos dice algo sobre las propiedades de los diferentes modelos de materia oscura. dice alberto Esto requiere más observaciones de seguimiento ópticas, de radio y de rayos X que se están realizando actualmente.

El grupo de trabajo de lentes gravitacionales de Gaia espera que se puedan encontrar muchos más cuásares de imágenes múltiples en las próximas publicaciones de datos de Gaia, incluida la publicación temprana de datos 3 recientemente publicada.

"Después de la publicación final de datos, esperamos que Gaia descubra cientos de estas fuentes. Gracias a Gaia y la colaboración entre el aprendizaje automático, el espacio y las observaciones terrestres, somos cada vez más efectivos para encontrar estos objetos únicos", dijo Christine. agrega.

El satélite Gaia de la ESA es un telescopio espacial diseñado para medir las posiciones de miles de millones de estrellas con una precisión sin precedentes. Gaia se lanzó el 19 de diciembre de 2013 y se encuentra en el punto Lagrange L2, la misma ubicación que tendrá el próximo Telescopio Espacial James Webb de NASA / ESA / CSA.

[1] El grupo de trabajo Gaia Gravitational Lenses (GraL) es una colaboración con miembros de Australia, Bélgica, Brasil, Francia, Alemania, India, Portugal, Suiza y EE. UU.

[2] El seguimiento espectroscópico del programa GraL ha utilizado el telescopio Keck I en Maunakea, Hawái, el telescopio Hale de 200" en el Observatorio Palomar, California, el New Technology Telescope (NTT) de 3,6 m en La Silla, Chile, y el telescopio Gemini-Sur en Cerro Pachón, Chile.

Notas para editores

"Gaia GraL: Sistemas de lentes gravitacionales Gaia DR2. VI. Confirmación espectroscópica y modelado de cuásares con lentes de imagen cuádruple" por Stern et al. es aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal. Preimpresión: https://arxiv.org/abs/2012.10051

Contacto

Timo Prusti

Científico del Proyecto Gaia

Agencia Espacial Europea

Correo electrónico: tprusti@cosmos.esa.int

• Publicado en ESA el 7 de abril del 2021, enlace publicación.