Κίνηση βαρυτικών μικροφακών

Από σελίδα του Nature 5 Δεκεμβρίου 2001

Στο περιοδικό Nature, o Charles Alcock και οι συνάδελφοι του παρουσιάζουν την πρώτη άμεση εικόνα ενός αστροφυσικού μικροφακού (microlens), ένα ογκώδες αντικείμενο που προκαλεί το φαινόμενο του βαρυτικού φακού στο φως ενός αστεριού, του γειτονικού γαλαξία μας, το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου (LMC).

Η αναζήτηση των μικροφακών οδηγείται από την ανάγκη να υπολογιστεί η σκοτεινή ύλη, στην άλω των γαλαξιών, όπως ο δικός μας. Μεταξύ του 8% και 50% της βαρυονικής μάζας, στη γαλαξιακή άλω, δεν έχει φανεί προηγουμένως με άμεσο τρόπο, αν και η παρουσία της προκύπτει από την βαρυτική της επίδραση στα ορατά αστέρια.

Η άλως στους γαλαξίες, είναι μια εκτεταμένη και λεπτή σφαιρική περιοχή, στο δικό μας Γαλαξία έχει διάμετρο 300.000 έτη φωτός. Είναι το πιό παλιό τμήμα του Γαλαξία. Αποτελείται από αέρια νέφη, κυρίως ιονισμένου υδρογόνου, παλαιούς αστέρες και σφαιρωτά σμήνη αστέρων. Πολύ πιθανόν και μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης.

Κάποια ποσότητα από αυτήν την σκοεινή μάζα θεωρείται πως βρίσκεται στα Ογκώδη Συμπαγή Αντικείμενα Αλω ή συντομογραφικά MACHO -- τα μεγάλα, σκοτεινά, σώματα σαν τα άστρα. Τα MACHOs μπορούν να αποκαλυφθούν όταν κινούνται κατά μήκος της γραμμής που τα βλέπουμε, προς κάπως πιό απόμακρη παρατηρήσιμη, αισθητή, πηγή (όπως ένα αστέρι στο LMC), προκαλώντας έτσι βαρυτικά φαινόμενα στο φως.

Τέτοια γεγονότα μικροφακών, έχουν επιδιωχθεί στο πρόγραμμα MACHO, το οποίο άρχισε το 1992 χρησιμοποιώντας την επίγεια αστρονομία. Τα πρώτα φαινόμενα βαρύτητας μικροφακών, που θεωρούνται πως οφείλονται σε MACHOs, ανακαλύφθηκαν το 1993

Ο Alcock και οι συνάδελφοι του επισκέφθηκαν τέτοια αντικείμενα πάλι, περίπου έξι έτη αργότερα,  με τη χρησιμοποίηση του Wide Field Planetary Camera 2, του διαστημικού τηλεσκόπιου Hubble (HST), για να απεικονίσει περιοχές του LMC που περιέχουν τα αστέρια-πηγές του φαινομένου.

Μια τέτοια εικόνα έχει αποκαλύψει ένα εξασθενημένο κόκκινο αντικείμενο, που μετατοπίζεται ελαφρώς από ένα αστέρι του LMC,   που προσδιορίζεται ως η πηγή ενός γεγονότος μικροφακού. Η πιθανότητα της σύμπτωσης αυτών των δύο αντικειμένων είναι εξαιρετικά μικρή, έτσι το κόκκινο αντικείμενο μπορεί να προσδιοριστεί με σχετική βεβαιότητα ως ο ίδιος ο μικροφακός.

Ο συνδυασμός των στοιχείων του HST, με την καμπύλη του φωτός, που μετρήθηκε προηγουμένως για το γεγονός του μικροφακού, δείχνει ότι το αντικείμενο αυτό έχει μια μάζα περίπου 0,04 ηλιακών μαζών. Άλλες μετρήσεις προτείνουν ότι η απόστασή του είναι περίπου 200 parsecs. (Ο Γαλαξίας έχει μήκος περίπου 25.000 έτη φωτός.) Αυτό και η υπολογισμένη σχετική κατάλληλη κίνηση του αντικειμένου, δείχνουν ότι βρίσκεται στο γαλαξιακό δίσκο, όχι στην άλω.

Μερικοί γρίφοι όμως παραμένουν. Οι φωτομετρικές μετρήσεις με τον HST, μαζί με τις φασματικές μετρήσεις, του ίδιου εξασθενημένου αντικειμένου, που λαμβάνεται με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητήριου, υπονοούν μια κάπως διαφορετική μάζα (περίπου 0,1 ηλιακές μάζες) και την απόσταση περίπου 650 έτη φωτός. Αυτοί οι αριθμοί μπορούν να αποδειχθούν πιό αξιόπιστοι, από εκείνες τις μετρήσεις που προέρχονται από τις παραλάξεις, γιατί οι τελευταίες είναι γεμάτες με δυσκολίες για ένα τέτοιο σύντομο γεγονός.

Οι επόμενες μελέτες αυτού του υποθετικού MACHO, παραδείγματος χάριν χρησιμοποιώντας την προηγμένη φωτογραφική μηχανή για τις έρευνες στο HST, μπορούν να επιλύσουν τις διαφορές και να επιτρέψουν μια καλύτερη κατανόηση αυτού του αμυδρού αστεροειδούς αντικειμένου.

Η έρευνα της ομάδας

Όπως αναφέρουν οι συντάκτες της έρευνας, η φύση της σκοτεινής ύλης παραμένει μυστήρια, με την φωτεινή ύλη να υπολογίζεται σε κάτι περισσότερο του 25 τοις εκατό των βαρυονίων στο σύμπαν. Συγχρόνως ανέλαβαν μια έρευνα, να ψάξουν για το φαινόμενο των μικροφακών στα αστέρια, στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου (LMC). Για να καθορίσουν έτσι το τμήμα της  γαλαξιακής σκοτεινής ύλης που περιλαμβάνεται στα Ογκώδη Συμπαγή Αντικείμενα Άλω (MACHOs).

Στο πείραμα, η παρουσία της σκοτεινής ύλης θα αποκαλυπτόταν με τον βαρυτικό εστιασμό του φωτός, που προέρχεται από ένα αστέρι του LMC, καθώς η, σε πρώτο πλάνο, σκοτεινή ύλη κινείται κατά μήκος της γραμμής της θέας. Η διάρκεια του  γεγονότος της εστίασης είναι η βασική αισθητή παράμετρος, αλλά δίνει μη-μοναδικές λύσεις όταν προσπαθείς να υπολογίσεις τη μάζα, την απόσταση και την εγκάρσια ταχύτητα των φακών.

Τα αποτελέσματα των ερευνών μέχρι σήμερα δείχνουν ότι ποσοστό μεταξύ του 8 και του 50 τοις εκατό της βαρυονικής μάζας του γαλαξιακού φωτοστεφάνου (άλω) είναι υπό μορφή MACHOs.