珍しい重力レンズが遠方の超新星の光を4つの画像にワープさせる

珍しい重力レンズが遠方の超新星の光を4つの画像にワープさせる
2023年 6月 12日投稿
SN-ツヴィッキー
ツヴィッキー過渡現象施設 (背景)、超大型望遠鏡 (左上)、WM ケック天文台 (右上) で撮影された SN ツヴィッキーの画像。ケック天文台の NIRC2 装置と補償光学システムの分解能により、この異常に明るい超新星が、極端な重力レンズによって引き起こされた同じ爆発の 4 つの画像で構成されていることが明らかになりました。クレジット: J. ヨハンソン
ハワイ、マウナケア –天文学者らは超新星、つまり星の強力な爆発の奇妙な画像を撮影した。その光は銀河の重力によって非常に歪められ、空に複数の画像として現れる。重力レンズとして知られるこの効果は、密度の高い物体の重力によってその背後にある物体の光が歪み、明るくなるときに発生します。

ストックホルム大学オスカー・クラインセンターのアリエル・グーバー率いるチームは、「SN ツヴィッキー」と呼ばれる珍しい Ia 型超新星が 4 つのレンズを備えていることを発見した。これは、同じ超新星の 4 つの画像が地球から見えることを意味する。

ハワイ島マウナケアのWMケック天文台での観測を含むこの結果は、Nature Astronomy誌の本日号に掲載される。

パロマー天文台のツヴィッキー過渡施設 (ZTF) で超新星を検出してから数週間以内に、グーバー氏と彼のチームは、ケック天文台の近赤外線カメラ 2 (NIRC2) と補償光学システムを組み合わせて使用し、SN ツヴィッキーの解像に成功しました。超新星は同じ天体の複数の画像を作成できるほど強力でした。

「私はその夜観測していて、SN ツヴィッキーのレンズ越しの画像を見て本当に唖然としました」と、カリフォルニア工科大学光学天文台の職員天文学者で、明るい過渡現象調査と呼ばれる ZTF 超新星調査を指揮するクリストファー・フレムリング氏は語ります。「私たちは Bright Transient Survey で何千もの過渡現象を捕らえて分類しています。これにより、SN ツウィッキーのような非常に珍しい現象を見つける独自の能力が得られます。」

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超新星ツヴィッキーにズームイン: このビデオは、パロマー天文台のツヴィッキー一時施設のカメラで撮影された空の画像の一部から始まります。画像のこのセクションは 64 の「象限」のうちの 1 つであり、各象限には数万の星と銀河が含まれています。次にズームインすると、チリの VLT とハワイのマウナケアにある WM Keck 天文台を使用した、より大きく鮮明な観測結果が表示されます。最もよく解像されたケック天文台の画像からは、SN ツヴィッキーのほぼ同一の 4 つの「コピー」が明らかになりました。これらの複数の画像は、前景の銀河によって引き起こされる空間の歪みによって生じます。この銀河も、超新星爆発の現場と地球のほぼ中間の中心に見られます。クレジット: J. ヨハンソン

「ZTF を使用すると、ほぼリアルタイムで超新星を捕捉して分類する独自の機能が得られます。私たちは、SN ツヴィッキーが私たちとの距離を考えると想定よりも明るいことに気づき、強力な重力レンズと呼ばれる非常に珍しい現象を見ていることにすぐに気づきました」と、この研究の筆頭著者でオスカー・クライン・センター所長のグーバー氏は言う。ストックホルム大学で。「このようなレンズ状の天体は、銀河の内核にある物質の量と分布を独自に調査するのに役立ちます。」
この研究では、超大型望遠鏡、NASA のハッブル宇宙望遠鏡、ホビー・エバリー望遠鏡、リバプール望遠鏡、および北欧光学望遠鏡も使用されました。

1世紀以上前にアルバート・アインシュタインが予言したように、ある宇宙物体からの光は、私たちに向かう途中で高密度の物体に遭遇すると、重力レンズを受ける可能性があります。高密度の物体は、光を曲げて焦点を合わせることができるレンズのように機能します。レンズの密度と、レンズと私たちとの間の距離に応じて、この歪み効果の強さは異なります。強力なレンズ作用により、宇宙物体からの光は非常に歪んで拡大され、同じ画像のいくつかのコピーに分割されます。

天文学者たちは、アインシュタインが理論を開発してからわずか数年後の 1919 年以来、光の重力屈曲を観察してきましたが、超新星は一時的な性質を持っているため、SN 2022qmx としても知られる SN ツヴィッキーのような現象を発見するのは非常に困難です。実際、科学者たちはこれまでにクェーサーと呼ばれる遠方の天体のレンズ効果による重複画像を何度も発見しているが、レンズ効果による重複画像となった超新星はほんの一握りしか見つかっていない。iPTF16geuと呼ばれる古典的な例の 1 つは、 ZTF の前身である 中間 Palomar Transient Factory (iPTF) によって発見されました。

「SN ツヴィッキーは、光学望遠鏡で見つかった最小の分解重力レンズ システムです。iPTF16geu はより広いシステムでしたが、倍率も高かったのです」と Goobar 氏は言います。

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SN ツヴィッキーの前にある銀河が、地球の空で起きた同じ爆発の 4 つの画像を投影する虫眼鏡としてどのように機能したかを示すビデオ。クレジット: ESA/ハッブル、L. Calçada。J・ヨハンソン脚色

SN ツヴィッキーは、Ia 型超新星として知られています。これらは、イベントごとに常に同じ明るさの光のショーで生涯を終える瀕死のスターです。このユニークな特性は、1998 年に、ダーク エネルギーと呼ばれるまだ知られていない現象による宇宙の加速膨張を明らかにするために使用されました。

「レンズの強い Ia 型超新星は拡大されるため、さらに過去を見ることができます。それらをさらに観察することで、暗黒エネルギーの性質を探求する前例のない機会が得られるでしょう」とストックホルム大学の博士研究員であり、この研究の共著者であるジョエル・ヨハンソンは述べています。

「宇宙の膨張の歴史をモデル化するために必要な欠落している要素は何でしょうか? 銀河の質量の大部分を占める暗黒物質は何ですか? ZTFと今後のベラ・ルービン天文台でさらに多くの「SNツヴィッキー」を発見すれば、宇宙の謎を少しずつ解明し、答えを見つけるための別のツールが手に入るでしょう」とグーバー氏は言う。

NIRC2について
第 2 世代近赤外線カメラ (NIRC2) は、Keck II 補償光学システムと組み合わせて動作し、近赤外線波長で非常に鮮明な画像を取得し、光波長でハッブル宇宙望遠鏡が達成する空間解像度と同等以上の空間解像度を達成します。 。NIRC2 はおそらく、銀河の中心にある中心巨大ブラック ホールの決定的な証拠を提供するのに役立つことで最もよく知られています。天文学者はまた、NIRC2 を使用して太陽系天体の表面の特徴をマッピングし、他の星を周回する惑星を検出し、遠方の銀河の詳細な形態を研究しています。

補償光学について
WM ケック天文台は、地球の大気の乱流によって引き起こされる歪みを除去する画期的な技術である補償光学 (AO) の分野における著名なリーダーです。ケック天文台は、自然案内星 (NGS) とレーザー案内星補償光学 (LGS AO) の両方の天文利用の先駆者となり、現在のシステムは近赤外線波長でハッブル宇宙望遠鏡よりも 3 ～ 4 倍鮮明な画像を提供しています。AO は、HR8799 星を周回する 4 つの巨大惑星を撮影し、天の川銀河の中心にある巨大ブラックホールの質量を測定し、遠くの銀河で新しい超新星を発見し、その祖先である特定の星を特定しました。このテクノロジーに対する支援は、ゴードンおよびベティ ムーア財団、マウント キューバ天文学財団、NASA、NSF、および WM によって惜しみなく提供されました。

WM KECK 天文台について
WM ケック天文台の望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産性の高い望遠鏡の 1 つです。ハワイ島のマウナケア山頂にある 2 つの 10 メートル光学/赤外線望遠鏡には、イメージャー、多物体分光器、高解像度分光器、積分フィールド分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなどの一連の高度な機器が備えられています。 。ここで紹介されているデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、米国航空宇宙局の科学的パートナーシップとして運営されている民間の 501(c) 3 非営利組織であるケック天文台で取得されたものです。この天文台は、WM ケック財団の寛大な資金援助によって実現しました。著者らは、マウナケア山頂がハワイ先住民コミュニティ内で常に持ち続けてきた非常に重要な文化的役割と敬意を認識し、認識したいと考えています。私たちはこの山から観測を行う機会に恵まれたことを大変幸運に思います。