mei 18, 2024

Koninkrijksrelaties

Dagelijks meer nieuwsberichten dan enige andere Nederlandse nieuwsbron over Nederland.

De James Webb-ruimtetelescoop ontdekt de verste zwaartekrachtlens ooit

De James Webb-ruimtetelescoop ontdekt de verste zwaartekrachtlens ooit

In de algemene relativiteitstheorie van Einstein buigen materie en energie de ruimtetijd.

Een geanimeerde blik op hoe de ruimte-tijd reageert wanneer massa er doorheen beweegt, illustreert hoe kwalitatief gezien het niet alleen maar een stuk stof is. In plaats daarvan wordt alle driedimensionale ruimte zelf gekromd vanwege het bestaan ​​en de eigenschappen van materie en energie in het universum. Meerdere massa’s die in een baan om elkaar heen draaien, zullen zwaartekrachtgolven uitzenden, terwijl al het licht dat door een gebied gaat dat deze kromgetrokken ruimtetijd bevat, wordt gebogen, vervormd en misschien versterkt door de effecten van de gekromde ruimte.

credit: LucasVB

Als we genoeg massa op één plek zouden verzamelen, zou de ruimte ernstig worden vervormd.

Clusterkleuren van sterrenstelsels

In deze afbeelding geeft een massieve cluster van sterrenstelsels in het centrum aanleiding tot verschillende krachtige lenskenmerken. Achtergrondstelsels hebben licht dat wordt gebogen, uitgerekt en vervormd tot ringen en bogen, waar het ook wordt versterkt door lenswerking. Dit zwaartekrachtlenssysteem is complex, maar nuttig om meer te leren over de relativiteitstheorie van Einstein in actie.

credit: Europees Ruimteagentschap, NASA, K. Sharon (Universiteit van Tel Aviv) en E. OFEC (Californië Instituut voor Technologie)

Wanneer licht door dat vervormde gebied gaat, vindt er buiging en vergroting plaats.

Voorbeeld van zwaartekrachtlenzen

Een ver weg achtergrondstelsel wordt door de overlappende cluster gevuld met sterrenstelsels zo scherp in beeld gebracht dat er drie onafhankelijke afbeeldingen van het achtergrondstelsel te zien zijn, met dramatisch verschillende lichtreistijden. In theorie zouden zwaartekrachtlenzen veel zwakkere sterrenstelsels kunnen onthullen dan we zonder zo’n lens zouden zien, maar alle zwaartekrachtlenzen bezetten slechts een zeer smal bereik van locaties aan de hemel, omdat ze rond individuele massabronnen zijn geplaatst.

credit: NASA en de Europese Ruimtevaartorganisatie

Het gedraagt ​​zich op dezelfde manier als een optische lens, maar wordt aangedreven door de zwaartekracht: zwaartekrachtlenzen.

READ  Het hitteschild waarmee mensen op Mars kunnen landen, wordt de ruimte in gelanceerd

Ster met lens Quyllur El Gordo

Een van de meest dramatische kenmerken die in het El Gordo-veld zijn aangetroffen, zoals gezien door de ogen van de James Webb-ruimtetelescoop, is de verste rode reuzenster die ooit is ontdekt: Quyllur, de Quechua-term voor ster. Het is de eerste rode reuzenster die op meer dan een miljard lichtjaar afstand is ontdekt, en in feite bevindt hij zich op meer dan 10 miljard lichtjaar afstand. Het was alleen zichtbaar dankzij de unieke mogelijkheden van de James Webb-ruimtetelescoop in combinatie met de vergroting van El Gordo’s zwaartekrachtlens.

credit: JM Diego et al. (Parels-samenwerking), A&A, 2023

Wanneer de waarnemer, de lens en de achtergrondobjecten allemaal op één lijn liggen, Toon geweldige functies.

Illustratie van zwaartekrachtlenzen

Deze illustratie van zwaartekrachtlenzen laat zien hoe achtergrondstelsels – of welk lichtpad dan ook – worden vervormd door de aanwezigheid van tussenliggende massa, maar het laat ook zien hoe de ruimte zelf gekromd en vervormd is door de aanwezigheid van de voorgrondmassa zelf. Wanneer meerdere achtergrondobjecten zijn uitgelijnd met dezelfde voorgrondlens, kunnen meerdere sets van meerdere afbeeldingen worden gezien door een goed uitgelijnde waarnemer, of zelfs een “Einstein-ring” in het geval van perfecte uitlijning. Als zich in het achtergrondstelsel een voorbijgaande gebeurtenis, zoals een supernova, voordoet, zal deze met vertraging in de verschillende afbeeldingen verschijnen.

credit: NASA, ESA en El Calzada

Bogen, meerdere afbeeldingen en zelfs hele afleveringen worden mogelijk.

JWST Vrolijk Nercam Smax 0723

Deze zij-aan-zij weergave van de cluster SMACS 0723 toont MIRI (links) en NIRCam (rechts) beelden van dit gebied vanuit de James Webb Ruimtetelescoop. Merk op dat, hoewel er zich een heldere cluster van sterrenstelsels in het midden van de afbeelding bevindt, de interessantere objecten door de zwaartekracht door de cluster zelf worden vervormd en versterkt, en zich veel verder weg bevinden dan de cluster zelf.

credit: NASA, ESA, CSA, STScI

Clusters van sterrenstelsels zijn vaak de beste zwaartekrachtlenzen, omdat ze een zeer grote massa hebben.

READ  De Chinese Chang'e 6 Moon-sonde heeft een mysterieuze gast aan boord

De haak zit in El Gordo

Het hier afgebeelde sterrenstelsel met drie lenzen staat bekend als “The Hook”, vanwege het unieke uiterlijk dat wordt gevormd door zwaartekrachtlenzen op de voorgrond. Terwijl de gehele voorgrondcluster, El Gordo, het achtergrondstelsel afbeeldt, is het het prominente dubbele sterrenstelsel in de voorgrondcluster dat “Fishhook” zijn opvallende uiterlijk geeft.

credit: Jose M. Diego (IFCA), Brenda Frey (Universiteit van Arizona), Patrick Kaminsky (Arizona State University), Tim Carlton (Arizona State University), Roger Windhorst (Arizona State University); Verwerking: Alyssa Pagan (STScI), Jake Summers (ASU), Jordan CJ de Silva (UWA), Anton M. Kokemuir (STScI), Aaron Robotham (UWA), Roger Windhorst (ASU)

Maar massieve compacte sterrenstelsels zouden theoretisch ook als zwaartekrachtlenzen kunnen fungeren.

Hoefijzer sterke zwaartekrachtlens

Dit object is niet één ringstelsel, maar eerder twee sterrenstelsels op zeer verschillende afstanden van elkaar: een nabijgelegen rood sterrenstelsel en een verder weg gelegen blauw sterrenstelsel dat door de zwaartekracht wordt beïnvloed door de massa van het voorgrondstelsel. Deze objecten liggen eenvoudigweg op dezelfde gezichtslijn, waarbij het licht van het achtergrondstelsel vervormd, uitgerekt en versterkt wordt door de zwaartekracht van het voorgrondstelsel. Het resultaat is een bijna perfecte ring, die bekend zou staan ​​als een Einstein-ring als het een perfecte cirkel van 360 graden zou zijn. Hoewel lensvorming vaker voorkomt dan clusters van sterrenstelsels, kunnen individuele sterrenstelsels dit doen als ze compact genoeg zijn en als de uitlijning goed is.

credit: ESA/Hubble en NASA

Dergelijke sterrenstelsels zijn tegenwoordig zeldzaamMaar massieve, compacte sterrenstelsels waren 10 tot 12 miljard jaar geleden gebruikelijk.

Een reis door het heelal CEERS JWST NASA

Door ons ver buiten de grenzen van welk eerder observatorium dan ook te brengen, inclusief alle telescopen op aarde plus Hubble, heeft de James Webb-ruimtetelescoop van NASA ons de verste sterrenstelsels getoond die ooit in het universum zijn ontdekt. Als we de 3D-posities van waargenomen en gemeten sterrenstelsels goed genoeg in kaart brengen, kunnen we een visuele weergave van het universum creëren, en CEERS-gegevens van JWST stellen ons in staat dat hier te doen. Op grotere afstanden komen compacte sterrenstelsels vaker voor; Op kleinere afstanden zijn meer diffuse sterrenstelsels de norm.

Kredieten: Frank Summers (STScI), Greg Bacon (STScI), Joseph DePasquale (STScI), Leah Hostak (STScI), Joseph Olmstead (STScI), Alyssa Pagan (STScI); Wetenschap door: Steve Finkelstein (UT Austin), Rebecca Larson (RIT), Michaela Bagley (UT Austin)

Waargenomen door de James Webb-ruimtetelescoop is het een enorm, compact, ver sterrenstelsel Het is gebleken dat het zich gedraagt ​​als een zwaartekrachtlens.

READ  De Hubble-ruimtetelescoop legt een verbluffend beeld vast van de nabije sterrenhoop

Einstein-ring van zwaartekrachtlenzen

Dit zwaartekrachtlenssysteem uit het COSMOS-Web-veld bestaat uit een massief, compact sterrenstelsel op ongeveer 17 miljard lichtjaar afstand, en een verder weg gelegen sterrenstelsel op 21 miljard lichtjaar afstand waarvan het licht is uitgerekt tot een ringachtige vorm. De ontleding van de twee componenten wordt hieronder weergegeven.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

De lens zelf is 17 miljard lichtjaar verwijderd: nog eens 2,3 miljard lichtjaar verwijderd Van de vorige recordhouder.

Verste beeld van zwaartekrachtlenzen

Deze afbeelding toont gegevens van de James Webb Ruimtetelescoop in vijf NIRCam-filters op verschillende golflengten (boven) van de zwaartekrachtlens en het lensstelsel daarachter samen. Hieronder is het licht gesplitst om de voorste lens (links) en de achterste ring (rechts) gescheiden in hun respectieve componenten te laten zien.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

Nog eens 4 miljard lichtjaar voorbij de lens bevindt zich een achtergrondstelsel, afgebeeld met een lens-perfecte vorm In de ring van Einstein.

JWST Spitzer-lensstelsel

Hetzelfde gebied in de ruimte dat door de James Webb-ruimtetelescoop werd afgebeeld, werd eerder door Spitzer in beeld gebracht op lange golflengten (24 micron). Het verschil in resolutie tussen de twee observatoria, gecombineerd met discrepanties in signaal-ruisverhouding, laat zien hoe superieur de James Webb Space Telescope (JWST) is ten opzichte van zijn voorganger op het gebied van infrarood.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

Het ringvormige licht onthult de massa van de lens: 650 miljard zonnen, geconcentreerd binnen slechts een paar duizend lichtjaar.

De verste zwaartekrachtlens observeerde oude Hubble-gegevens

Nadat het verste lensstelsel was geïdentificeerd in de gegevens van de James Webb Ruimtetelescoop, werden archiefgegevens van Hubble onderzocht, waarbij bewijs van respectievelijk een ring en voorgrondlens in de gegevens werd gedetecteerd bij 814 nm en 1,6 micron.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

Meerdere afgebeelde kenmerken binnen de ring kunnen worden opgelost in het achtergrondstelsel.

Twee filterlensringen

Door slechts een deel van het licht van de James Webb-ruimtetelescoop te onderzoeken, kan de ring worden gescheiden van de voorste lens, waar verschillende belangrijke kenmerken (zoals de rode gloed en heldere stervormingsgebieden) worden benadrukt en meerdere keren verschijnen. Met verdere analyse en toekomstige gegevens kunnen individuele kenmerken op de achtergrond en het lenssysteem volledig worden gereconstrueerd.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

Met de gecombineerde lenszoom en mogelijkheden van de James Webb Ruimtetelescoop is het universum meer dan ooit tevoren scherp in beeld.

Een grootschalig lenssysteem op het kosmische web

Dit brede gezichtsveld, gecentreerd rond de verste zwaartekrachtlens die ooit is ontdekt, toont een gebied dat groter is dan het COSMOS-Web-veld. De Einstein-ring is een duidelijk bewijs van het bestaan ​​van zwaartekrachtlensvorming.

credit: P. van Dokkum et al., Natural Astronomy Accepted, 2023

Mostly Mute Monday vertelt een astronomisch verhaal met afbeeldingen, beelden en niet meer dan 200 woorden.