Determinado a encontrar uma agulha em um palheiro cósmico, um par de astrônomos viajou no tempo através de arquivos de dados antigos do Observatório W. M. Keck em Mauankea no Havaí e dados de raios-X antigos do Observatório de raios-X Chandra da NASA para desvendar um mistério em torno de um brilhante, com lentes, quasar fortemente obscurecido.

Este objeto celestial, que é uma galáxia ativa que emite enormes quantidades de energia devido ao material devorador de um buraco negro, é um objeto excitante em si mesmo. Encontrar um que tenha lentes gravitacionais, fazendo com que pareça mais brilhante e maior, é excepcionalmente excitante. Embora um pouco mais de 200 quasares não obscurecidos com lentes sejam atualmente conhecidos, o número de quasares obscurecidos com lentes descobertos está na casa de um dígito. Isso ocorre porque o buraco negro de alimentação levanta gás e poeira, encobrindo o quasar e dificultando sua detecção em pesquisas de luz visível.

Os pesquisadores não apenas descobriram um quasar desse tipo, eles descobriram que o objeto é o primeiro anel de Einstein descoberto, denominado MG 1131 + 0456, que foi observada em 1987 com a rede Very Large Array de radiotelescópios no Novo México. Notavelmente, embora amplamente estudado, a distância do quasar ou redshift permaneceu um ponto de interrogação.

"À medida que cavamos mais fundo, ficamos surpresos que uma fonte tão famosa e brilhante nunca teve uma distância medida para ela, "disse Daniel Stern, cientista pesquisador sênior do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e autor do estudo. "Ter uma distância é um primeiro passo necessário para todos os tipos de estudos adicionais, como usar a lente como uma ferramenta para medir a história de expansão do universo e como uma sonda para a matéria escura. "

Stern e co-autor Dominic Walton, um STFC Ernest Rutherford Fellow no Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge (Reino Unido), são os primeiros a calcular a distância do quasar, que está a 10 bilhões de anos-luz de distância (ou um desvio para o vermelho de z =1,849).

O resultado está publicado na edição de hoje da Cartas de jornal astrofísico .

"Todo este jornal foi um pouco nostálgico para mim, me fazendo olhar para os papéis dos primeiros dias da minha carreira, quando eu ainda estava na pós-graduação. O Muro de Berlim ainda estava erguido quando este anel de Einstein foi descoberto pela primeira vez, e todos os dados apresentados em nosso artigo são do último milênio, "disse Stern.

Metodologia

No momento da pesquisa, telescópios ao redor do planeta foram fechados devido à pandemia de coronavírus (o Observatório Keck foi reaberto em 16 de maio); Stern e Walton aproveitaram seu tempo prolongado em casa para manter a ciência em andamento de forma criativa, vasculhando os dados do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA para pesquisar por lentes gravitacionais, quasares fortemente obscurecidos. Enquanto a poeira esconde a maioria das galáxias ativas em pesquisas de luz visível, que obscurecer a poeira torna essas fontes muito brilhantes em pesquisas infravermelhas, tal como fornecido pelo WISE.

Embora os quasares estejam frequentemente muito distantes, astrônomos podem detectá-los através de lentes gravitacionais, um fenômeno que atua como uma lente de aumento da natureza. Isso ocorre quando uma galáxia mais próxima da Terra atua como uma lente e faz com que o quasar atrás dela pareça extra brilhante. O campo gravitacional da galáxia mais próxima distorce o próprio espaço, dobrando e amplificando a luz do quasar no fundo. Se o alinhamento estiver correto, isso cria um círculo de luz chamado anel de Einstein, previsto por Albert Einstein em 1936. Mais tipicamente, a lente gravitacional fará com que várias imagens do objeto de fundo apareçam ao redor do objeto de primeiro plano.

Uma vez que Stern e Walton redescobriram MG 1131 + 0456 com WISE e perceberam que sua distância permanecia um mistério, eles meticulosamente vasculharam dados antigos do Arquivo do Observatório Keck (KOA) e descobriram que o Observatório observou o quasar sete vezes entre 1997 e 2007 usando o espectrômetro de imagem de baixa resolução (LRIS) no telescópio Keck I, bem como o Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC) e o Echellette Spectrograph and Imager (ESI) no telescópio Keck II.

"Conseguimos extrair a distância do conjunto de dados mais antigo de Keck, tirada em março de 1997, nos primeiros anos do observatório, ", disse Walton." Somos gratos a Keck e à NASA por seus esforços colaborativos para disponibilizar ao mundo mais de 25 anos de dados Keck publicamente. Nosso trabalho não teria sido possível sem isso. "

A equipe também analisou os dados de arquivo da NASA do Observatório de Raios-X Chandra em 2000, no primeiro ano após o lançamento da missão.

Próximos passos

Com a distância de MG 1131 + 0456 agora conhecida, Walton e Stern foram capazes de determinar a massa da galáxia com lente com precisão requintada e usar os dados do Chandra para confirmar de forma robusta a natureza obscura do quasar, determinar com precisão quanto gás intermediário existe entre nós e suas regiões centrais luminosas.

"Agora podemos descrever completamente o que é único, geometria fortuita deste anel de Einstein, "disse Stern." Isso nos permite criar estudos de acompanhamento, como usar o Telescópio Espacial James Webb, que em breve será lançado, para estudar as propriedades da matéria escura da galáxia em lente. "

"Nossa próxima etapa é encontrar quasares com lente que são ainda mais obscurecidos do que MG 1131 + 0456, "disse Walton." Encontrar essas agulhas vai ser ainda mais difícil, mas eles estão lá fora, esperando para serem descobertos. Essas joias cósmicas podem nos dar uma compreensão mais profunda do universo, incluindo mais informações sobre como os buracos negros supermassivos crescem e influenciam seus arredores, "diz Walton.