GRAVITAČNÍ ČOČKY V POHLEDU HST
Ray Villard, Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD
Kavan Ratnatunga, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA

Kosmický dalekohled NASA provádí okázalou přehlídku oblohy a při ní objevil mnoho exotických útvarů jako prstence, oblohy a kříže, které jsou dílem optické fatamorgány vyvolané gravitačními čočkami (přírodní obří zvětšovací skla).

Gravitační čočky vznikají když gravitační pole hmotného objektu nacházejícího se v popředí (jako např. galaxie, černá díra) ohne světelný paprsek přicházející od mnohem vzdálenější galaxie nacházející se přesně za objektem v popředí. Tímto jevem fokusované světlo pak vykreslí obraz vzdáleného objektu zmnožený nebo zdeformovaný a takové skutečně pozorujeme.

Předběžná prohlídka více než 500 snímků z Hubbleho teleskopu odhalila 10 zajímavých kandidátů na případy gravitačních čoček zachycených na 100 nejhlubších polích. Je to významné zvýšení počtu známých optických gravitačních čoček. Vysoká citlivost a rozlišení HST nám umožnilo zachytit slabé a vzdálené čočky, které bychom pozemskými teleskopy nespatřily. Analýza tohoto "Top Ten" seznamu gravitačních čoček z HST je publikcí autorů Kavana Ratnatunga a Richarda Griffithse z Carnegie Mellon University a vyšla v květnovém vydání Astronomical Journalu.

Množství gravitačních čoček ve vesmíru silně závisí na kosmologické konstantě, hypotetické hnací síle, která indikuje že vesmír je bez této síly starší a větší. Proto, velká kosmologická konstanta dává větší množství vzdálených objektů u nichž je větší pravděpodobnost, že světlo od nich přicházející projde v těsné blízkosti kolem masivní galaxie a spatříme tuto soustavu jako gravitační čočku na Zemi.

Sto snímků z kosmického teleskopu pokrývá oblast oblohy, jejíž velikost je srovnatelná asi s plochou Měsíce v úplňku. Schopnost kosmického teleskopu spatřit velké množství gravitačních čoček na malé plošce oblohy jej zařazuje do kategorie jedinečného přístroje, která se potenciálně může stát mocným nástrojem pro výzkum vývoje a rozpínání vesmíru.

"Ve skutečnosti tyto velmi vzdálené gravitační čočky jsou potenciálně velmi užitečným nástrojem k určování základních kosmologických parametrů a jsou k těmto účelům vhodnější než relativně bližší gravitační čočky objevené pozorováním z pozemských teleskopů," řekl Ratnatunga. "K ověření, zda objekt je vzdálenější než galaxie v popředí je nyní potřeba udělat spektroskopické pozorování. To je také užitečné pro lepší odhad vzdálenosti a potvrzení, že se opravdu jedná o vícenásobné snímky jednoho a téhož objektu. Jedná se ale o velmi obtížná pozorování, dokonce i pro největší pozemské teleskopy."

Snímky z kosmického teleskopu, na kterých byly objeveny gravitační čočky jsou součástí Medium Deep Survey database. Přehlídkový katalog obsahuje více než 200000 objektů, zejména slabých galaxií. Veřejně je k dispozici na http://www.stsci.edu/mds/ a vědci mohou studovat nesčíselné množství nikdy před tím nespatřených galaxií, které obsahuje tato obrovská databáze z HST a to přímo na svých domácích počítačích. Uživatelé si mohou vyvolat více než 500 přehlídkových polí a myší kliknout na jakýkoli obraz galaxie, čímž se vyvolá pohled na galaxii v plném rozlišení spolu s odhadem jejího tvaru a jasností. Návštěvníci mohou dokonce hledat útvary, které by mohly být jevem gravitační čočky. Astronomové z týmu Hubbleho teleskopu předpokládají, že na materiálu je několik stovek gravitačních čoček, které je na těchto snímcích obtížné spolehlivě identifikovat.

V roce 1936 Albert Einstein vypočítal odchylku světla v gravitačním poli hmotných objektů a ukázal, že obraz bude vysoce zvětšený v případě, že pozorovatel - zdroj - a objekt vytvářející gravitační čočku leží na jedné spojnici. Ačkoli separace jednotlivých obrazů gravitační čočky byly předpovězeny jako úhlově velmi malé hodnoty, Einstein však podotknul, že technikou pozemských optických teleskopů je není možné spatřit. Doslova prohlásil "není velká šance tento jev pozorovat."
A neuplynulo ani 40 let od Einsteinova prohlášení a byla objevena první gravitační čočka (v r. 1979). Právě pozemské teleskopy objevili několik jasných a sousedních gravitačních čoček.

Další objevy gravitačních čoček budou vyžadovat aby přístroj na HST Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) dosahoval lepší rozlišení. Astronomové pak budou moci pátrat po mnohem slabších a vzdálenějších objektech. Předpokládá se, že přístroje - Advanced Camera for Surveys, která bude na HST nainstalována v roce 2000 bude schopna objevovat mnohem více gravitačních čoček, neboť její předností oproti současné je její citlivost a relativně široký úhel pokrytí.

Zde přinášíme 10 snímků kandidátů gravitačních čoček, které byly detekovány na 100 nejhlubších pohledech HST do vesmíru. Citlivost HST a vysoké rozlišení nám dovolují spatřit slabé a vzdálené čočky, které pozemské teleskopy nemohou detekovat.

[Nahoře vlevo] - HST 01248+0351 je pár gravitační čočky, která se nachází na jedné i druhé straně okrajů disku galaxie.

[Nahoře uprostřed] - HST 01247+0352 je další pár modrého zdroje světla a červené sférické eliptické galaxie tvořící gravitační čočku. Téměř u detekčního limitu můžeme pozorovat další dva slabší obrazy a tedy jde o čtyřnásobný systém.

[Nahoře vpravo]: HST 15433+5352 je velmi dobrý kandidát na gravitační čočku, který má modrý zdroj čočky, který kolem zčervenalé eliptické galaxie vytváří protažený oblouk.

[Uprostřed zcela vlevo]: HST 16302+8230 může být dalším "Einsteinovým prstencem" a nejúchvatnějším kandidátem gravitační čočky. Byl pojmenován "Londýnské podzemí" protože připomíná toto logo.

[Uprostřed vlevo]: HST 14176+5226 je první a nejjasnější systém gravitační čočky objevený v roce 1995 Hubbleho kosmickým teleskopem. Tento kandidát na gravitační čočku byl potvrzen spektroskopicky pomocí velkých pozemských teleskopů. Eliptická galaxie gravitační čočky se nachází ve vzdálenosti 7 miliard světelných let a kvasar systému gravitační čočky je ve vzdálenosti asi 11 miliard světelných let.

[Uprostřed vpravo]: HST 12531-2914 je dalším příkladem čtyřnásobného kandidáta na gravitační čočku, kterého objevil Hubbleho kosmický teleskop. Podobá se prvnímu, ale je menší a slabší.

[Uprostřed zcela vpravo]: HST 14164+5215 je příklad páru modrého obrazu čočky, která se tvoří kolem jasnější zčervenalé galaxie.

[Vlevo dole]: HST 16309+8230 je případ vyskytující se na okraji disku galaxie (modrý oblouk). Obraz vzdáleného zdroje je výrazně pokřiven červenou eliptickou galaxií.

[Dole uprostřed]: HST 12368+6212 je modrý oblouk, který byl objeven na známém Hubble Deep Field (HDF).

[Vpravo dole]: HST 18078+4600 je modrý oblouk, který způsobuje gravitační potenciál malé skupiny 4 galaxií.

(podle STScI-PR99-18 z 13. 5. 1999 připravil DH)