En blendende kvartett av strålende, blåaktige “spøkelse”-bilder som representerer en kvasar 8 milliarder lysår fra Jorden, det skumle Einstein-korset ser merkelig nok ut til at det for et utrent øye kan virke helt malplassert i vårt kosmos. Et annet ord som kan dukke opp mens du ser på det, i det minste for noen, kan være “produsert.”
Men til tross for det slående visuelle utseendet, er Einstein-korset langt fra å være bevis på en fjern fremmed megastruktur. Faktisk er det helt i tråd med spådommene til den berømte fysikeren som den har lånt navnet sitt fra.
Den ujordiske korslignende formen til QSO 2237+0305, som den formelt er kjent, er faktisk et resultat av den intense gravitasjonslinsen til en enkelt kvasar som hviler rett bak galaksen ZW 2237+030, ellers kjent som Huchras linse.
Gravitasjonslinsing oppstår når lys fra en fjern kilde bøyes av tyngdekraften til massen mellom det og en observatør over en stor avstand. Når det gjelder QSO 2237+0305, fører dens posisjon rett bak midten av Huchras linse til at lys produsert av kvasaren formes til den karakteristiske, krysslignende orienteringen. Den samme effekten, om enn under litt forskjellige forhold, gir også opphav til det som er kjent som Einstein-ringer, der gravitasjonslinser avleder lyset fra en fjern stjerne, noe som resulterer i noe som ligner en halo-lignende ring av lys.
Einsteinkorset ble først oppdaget i 1985 av astronomen John Huchra og flere kolleger, selv om de i utgangspunktet ikke var i stand til å skjelne de fire separate projiserte bildene av kvasaren, i stedet oppdaget den gjennom observasjoner av varierende rødforskyvninger. Siden den gang har flere Einstein-kors blitt oppdaget i hele universet vårt, selv om de fortsatt er sjeldne fordi astronomer fortsatt er usikre på hvor de sannsynligvis vil dukke opp og oppdager dem er avhengig av samlingen av spesielle bilder.
“Vi har ingen anelse om hvor vi skal søke etter dem nøyaktig,” sa Francois Mignard ved University of Côte d’Azur i Frankrike i 2021, etter oppdagelsen av 12 nye Einstein-kors av Gaia Gravitational Lenses-arbeidsgruppen (GraL). Ifølge Mignardå finne dem “krever høy romlig oppløsning bare for å finne kandidater”, noe som gjør det ekstremt vanskelig å oppdage dem.
I 2021-studien, hvis resultater ble publisert i The Astrophysical Journal, Gaia-teamet stolte på maskinlæring for å hjelpe med å oppdage kvasarer som ble utsatt for sterk gravitasjonslinse fra Gaias Data Release 2. Selv i tilfeller der tydelige Einstein-kryss hadde blitt oppdaget, måtte teamet fortsatt bekrefte om det kunne ha vært en helt separat justering av fire uavhengige kilder som ganske enkelt lignet den velkjente korsformede orienteringen de søkte etter.
Ytterligere hjelp til å bestemme sannsynlige kandidater for Einstein-kors kom takket være NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), som hjalp teamet med å lokalisere områder som senere ble utsatt for spektroskopi fra teleskoper på forskjellige steder på bakken. Ved å kombinere deres observasjoner ble 12 kandidater igjen som ble bekreftet å ha vært ekte Einstein Cross-kvasarer.
ESA/Hubble, NASA, Suyu et al).
Bortsett fra deres slående utseende, kan Einstein Crosses også spille en betydelig rolle i å hjelpe astronomer med å forstå fysikken bak den pågående utvidelsen av universet vårt, og hvorfor veksthastigheten akselererer. Foreløpig forklarer vår forståelse av tyngdekraften ikke fullt ut hvorfor det ville være et stadig raskere tempo der universet vårt fortsetter å utvide seg. For å gjøre rede for dette, er fysikere avhengige av den hypotetiske tilstedeværelsen av mørk energi, et usett stoff som antas å motvirke virkningene av tyngdekraften fra lettere påviselige massekilder, og dermed få universet til å utvide seg med sin nåværende akselerasjonshastighet.
I 2017 fokuserte et team av forskere sine observasjoner på store galakser plassert foran fjerne kvasarer, forhold ideelle for å produsere Einstein-kors. Slike galakser er ikke i stand til å forvrenge lys fra kvasarene bak dem i perfekte sfæriske orienteringer siden de to objektene ikke er perfekt justert. Dette får lys fra de fjerne kvasarene til å følge stier som har varierende lengde. Basert på dette, stolte astronomer også på det faktum at størrelsen på lyset som produseres av kvasarer endres over tid, noe som gir en “flimmer” effekt der forsinkelsene mellom flimring representerer et mål på lengden på lysets bane i et gitt tilfelle ( se video nedenfor).
I følge teamets 2017-studie er disse forsinkelsene også direkte relatert til Hubble-konstanten, som involverer det proporsjonale forholdet mellom hastigheten som en galakse beveger seg bort fra jorden med og dens avstand. Med andre ord, forskerne var i stand til å bruke sine observasjoner av gravitasjonslinsede kvasarer for å teste Hubble-konstanten.
“Vår metode er den enkleste og mest direkte måten å måle Hubble-konstanten på,” sa Frédéric Courbin fra EPFL, Sveits, medleder for 2017-studien, og la til at teamets metode “bare bruker geometri og generell relativitet, ingen andre antagelser.” Basert på slike funn får forskere ikke bare et klarere bilde av det ekspanderende universet, men også rollen som mørk energi kan spille i det større kosmiske bildet.
Det originale Einstein-korset, som ligger innenfor stjernebildet Pegasus, er delvis synlig for amatørastronomer ved hjelp av et teleskop under ideelle forhold. Når du har veldig mørk himmel, er det nødvendig å se den gjennom et teleskop som har et speil med en diameter på 18 tommer eller mer for å gi optimale resultater. For mer informasjon, ytterligere detaljer om visning av Einstein-korset finner du på denne FAQ-siden.
Micah Hanks er sjefredaktør og medgründer av The Debrief. Følg arbeidet hans kl micahhanks.com og på Twitter: @MicahHanks.