W pobliżu bardzo masywnych obiektów ugina się nawet światło. Prowadzi to do przewidzianego jeszcze przez Alberta Einsteina efektu soczewkowania grawitacyjnego. Pierwszy raz zaobserwowano taki efekt dopiero w 1979 roku, gdy odkryto dwa bliźniaczo podobne do siebie kwazary. Okazało się, że to jeden i ten sam obiekt, a jego światło ugina galaktyka, za którą jest położony. 

Od tego czasu takich grawitacyjnych soczewek odkryto bardzo wiele. Teraz astronomowie donoszą o tym, że jedna z nich pozwoliła im obejrzeć bardzo daleką czarną dziurę – a być może dwie. Nosi symbol MG B2016+112 i jest odległa aż o 12 miliardów lat świetlnych.  

Było to możliwe, dzięki temu, że między nią a teleskopem Chandra, który prowadzi obserwacje w zakresie fal rentgenowskich, znajduje się galaktyka. – Nasze próby obserwacji i zrozumienia tak odległych obiektów byłyby skazane na porażkę, gdyby nie to naturalne szkło powiększające – mówi Dan Schwartz z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian, szef zespołu i główny autor pracy opublikowanej w „Astrophysical Journal”. 

Metodę wykorzystania soczewkowania grawitacyjnego opracowała Polka 

Wśród autorów pracy jest dr hab. Anna Barnacka z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego (obecnie na Uniwersytecie Harvarda). W ubiegłym roku otrzymała nagrodę im. Mikołaja Kopernika w dziedzinie kosmologii i astrofizyki za cykl pięciu prac pod tytułem „Opracowanie metody wykorzystania soczewkowania grawitacyjnego do pomiarów astronomicznych z wysoką zdolnością rozdzielczą”. 

Miesięcznikowi „Urania” wyjaśniała wtedy, że zaproponowała w nich metody, które pozwalają wykorzystać relatywistyczne zjawisko zakrzywienia czasoprzestrzeni jako „kosmiczne teleskopy” pozwalające na badania odległego Wszechświata z wysoką precyzją. Soczewkowanie grawitacyjne powoduje bowiem powstawanie wielokrotnych obrazów źródła z opóźnieniami czasowymi między takimi obrazami. Pozycje obrazów i opóźnienia można zaś wykorzystać do precyzyjnej lokalizacji źródła wysokoenergetycznych emisji. 

Bez soczewkowania byłoby trzysta razy gorzej 

Obserwowane promieniowanie pochodzi z czasów, gdy wszechświat był dużo młodszy. Zespół w swojej pracy opisuje jak dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu udało się stwierdzić, że trzy źródła promieniowania rentgenowskiego wykryte w układzie MG B2016+112 to w istocie obrazy dwóch obiektów odległych od siebie o około 650 lat świetlnych. Mogą to być dwie supermasywne czarne dziury lub jedna, emitująca dwie strugi promieniowania, czyli dżety. 

– To ekscytujące potwierdzenie koncepcji, że kosmiczne „szkło powiększające” umożliwia nowe sposoby badania fizyki odległych supermasywnych czarnych dziur. Bez tego efektu teleskop Chandra musiałby prowadzić obserwacje kilkaset razy dłużej, ale i wtedy nie odkryłby złożonych struktur – mówi dr hab. Anna Barnacka. 

Gdyby nie grawitacyjna soczewka na ich drodze, obserwowane promieniowanie byłoby nawet 300 razy słabsze. Kolejne, dłuższe obserwacje za pomocą teleskopu Chandra pozwolą obejrzeć ten odległy obiekt dokładniej. Wyjaśnią też, czy widzimy dwie supermasywne czarne dziury, czy dwa dżety produkowane przez jedną. 

Obejrzyj film o odkryciu: 

Źródło: Harvard UniversityAstrophysical Journal, Urania.