Co powiesz na cztery supernowe w cenie jednej? Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, dr Patrick Kelly z University of California-Berkeley wraz z zespołami GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) i Hubble Frontier Fields,odkryty zdalna supernowa skonstruowana w czterech kopiach siebie przez potężną grawitację gromady galaktyk na pierwszym planie. Nazwany SN Refsdal, obiekt został odkryty w bogatej gromadzie galaktykMACS J1149.6 + 2223 pięć miliardów lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Lwa. To pierwsza wielokrotnie odkryta supernowa, którą odkryto i jedno z najbardziej egzotycznych miraży natury.
Soczewkowanie grawitacyjne wyrosło z Einsteina Teoria względnościw którym przewidywał, że masywne obiekty zginają się i wypaczają tkaninę czas, przestrzeń. Im bardziej masywny obiekt, tym ostrzejsze jest zgięcie. Możemy to sobie wyobrazić, wyobrażając sobie dziecko stojące na trampolinie, którego ciężar wciska dołek w tkaninę. Wymień dziecko na 200-kilogramową osobę dorosłą, a powierzchnia trampoliny zwisa jeszcze bardziej.
Podobnie, ogromne Słońce tworzy głęboki, ale niewidoczny wgłębienie w materiale czasoprzestrzeni. Planety wyczuwają tę „krzywiznę przestrzeni” i dosłownie toczą się w kierunku Słońca. Tylko ich ruch na boki lub moment pędu powstrzymują ich przed wpadnięciem prosto w piekło słoneczne.
Zakrzywiona przestrzeń utworzona przez masywne obiekty również wygina promienie świetlne. Einstein przewidział, że światło gwiazdy przechodzącej w pobliżu Słońca lub innego masywnego obiektu podąży za tym niewidzialnym zakrzywionym krajobrazem kosmicznym i zostanie odchylone od skądinąd prostej ścieżki. W efekcie obiekt działa jak soczewka, wyginając i ponownie ustawiając światło z odległego źródła na jaśniejszy obraz lub wiele i zniekształcony obraz. Znane również jako odchylenie światła gwiazd, obecnie nazywamy to soczewkowaniem grawitacyjnym.
Symulacja zniekształconej czasoprzestrzeni wokół ogromnej gromady galaktyk w czasie
Okazuje się, że istnieje wiele takich soczewek grawitacyjnych w postaci masywnych gromad galaktyk. Zawierają zarówno regularną materię, jak i ogromne ilości wciąż tajemniczej ciemnej materii, która stanowi 96% materii we wszechświecie. Bogate gromady galaktyk zachowują się jak teleskopy - ich ogromna masa i potężna grawitacja powiększają i intensyfikują światło galaktyk miliardy lat świetlnych dalej, czyniąc widzialnym to, co w innym przypadku nie byłoby nigdy widoczne.
Wróćmy do SN Refsdal, nazwanego na cześć Sjur Refsdal, norweskiego astrofizyka, który wcześnie pracował w dziedzinie soczewkowania grawitacyjnego. Ogromna galaktyka eliptyczna w gromadzie MACS J1149 „soczewki” odległej supernowej o długości 9,4 miliarda lat świetlnych i jej galaktyce spiralnej gospodarza od zaciemnienia tła do światła reflektorów. Silna grawitacja eliptyczna, która wykonała świetną robotę zniekształcając czasoprzestrzeń, aby wyświetlić supernową, zniekształca również kształt galaktyki-gospodarza i dzieli supernową na cztery osobne, podobnie jasne obrazy. Aby stworzyć taką schludną symetrię, SN Refsdal musi być dokładnie wyrównany za centrum galaktyki.
Scenariusz tutaj jest uderzająco podobny do Krzyż Einsteina, kwazar grawitacyjnie soczewkowy, w którym światło odległego kwazara zostało rozbite na cztery obrazy rozmieszczone wokół galaktyki soczewkowej na pierwszym planie. Obrazy kwazara migają lub zmieniają jasność w miarę upływu czasu mikrosoczewkowy przez przejście poszczególnych gwiazd w galaktyce. Każda gwiazda działa jak mniejsza soczewka w głównej soczewce.
Szczegółowe kolorowe obrazy wykonane przez grupy GLASS i Hubble Frontier Fields pokazują, że galaktyka gospodarza supernowej jest również wielokrotnie obrazowana przez grawitację gromady galaktyk. Zgodnie z ich ostatni artykuł, Kelly i zespół nadal pracują nad uzyskaniem widm supernowej w celu ustalenia, czy wynikało to z niekontrolowanego spalania i eksplozji gwiazdy białego karła (typ Ia), czy kataklizmowego zapadnięcia się i odbicia gwiazdy nadolbrzymowej, której zabrakło paliwa (typ II).
Czas, jaki światło zajmuje podróży na Ziemię z każdego soczewkowanego obrazu, jest inny, ponieważ każdy podąża nieco inną ścieżką wokół środka galaktyki soczewkowej. Niektóre ścieżki są krótsze, inne dłuższe. Przez czas zmiany jasności między poszczególnymi obrazami zespół ma nadzieję na ograniczenie nie tylko rozkładu jasnej materii w porównaniu do ciemnej materii w galaktyce soczewkowej i gromadzie, ale wykorzysta te informacje do określenia szybkości ekspansji wszechświata.
Możesz wycisnąć wiele z kosmicznego mirażu!
