В каталоге данных, собранных космическим телескопом «Джеймс Уэбб», выявлен потенциальный пример редкого астрономического феномена – гравитационной линзы. Этот объект был замечен при повторном изучении общедоступной информации от телескопа, которая уже применялась в других научных работах.

По словам исследователя Хомера Давила Гутьерреса, идентифицирована ранее не зарегистрированная гравитационная дуга – оптический эффект, возникающий из-за значительного искривления и увеличения света от удалённого космического тела под влиянием притяжения массивной структуры, находящейся между ним и нашей планетой.

Новому объекту присвоено наименование A1. Его присутствие было зафиксировано на снимках, сделанных камерой NIRCam телескопа «Джеймс Уэбб» во время изучения галактического скопления MACS J0308.9+2645. Данное массивное скопление имеет показатель красного смещения z = 0,356. Гутьеррес отмечает, что поиск был организован в рамках методичного обследования вытянутых космических образований, расположение и ориентация которых могли свидетельствовать о гравитационном усилении света.

Искажение пространства между излучающим телом и наблюдателем

Эффект гравитационного искривления света предсказала общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Этот феномен проявляется, когда массивные тела во Вселенной деформируют пространство-время вокруг себя. Вследствие этого свет от удалённых объектов, таких как галактики, находящиеся за крупными скоплениями материи, отклоняется на пути к нашей планете.

Значительная масса близлежащих космических структур влияет на направление распространения света от более отдаленных источников. Это позволяет ученым видеть искажённые образы объектов, которые в ином случае были бы труднодоступны для изучения.

Гравитационное линзирование может формировать разнообразные специфические образования, такие как кольца Эйнштейна, кресты Эйнштейна и гравитационные дуги.

В отношении A1 речь идет о вытянутом теле. Его размер по поперечнику составляет приблизительно 5,1 угловой секунды, а соотношение его длины к ширине – около 6,5. Этот объект находится на расстоянии примерно в 51 угловую секунду от рентгеновского центра скопления MACS J0308.9+2645 и расположен таким образом, что касается скопление. Именно такое расположение ожидалось для объекта, свет которого претерпел сильное искажение из-за гравитационного линзирования.

Изначально предполагалось, что она расположена на значительно большем расстоянии

Для выявления потенциального кандидата в гравитационные линзы Гутьеррес проанализировал 54 общедоступных поля наблюдений от JWST/NIRCam, включающие всего 1591 вероятный источник.

Первоначальный анализ яркости света выявил весьма любопытный результат. Сначала объекту была присвоена величина красного смещения приблизительно равная z = 4,4. В случае достоверности этой оценки, галактика существовала бы в эпоху, соответствующую примерно первым полутора миллиардам лет развития Вселенной.

Тем не менее, в процессе более детального изучения обнаружилась сложность. Информация о световом потоке, изначально использованная для оценки, была создана преимущественно с расчетом на компактные или неопределенные источники света, а не на протяженные образования, подобные A1.

Вследствие этого, используемые измерительные отверстия фиксировали лишь часть излучения объекта. К тому же, величина этих прорезей варьировалась в зависимости от спектрального диапазона. Это приводило к искажению восприятия цвета – объект казался заметно более красным, чем он есть на самом деле.

Этот момент имел огромное значение. Если бы аномальный красный цвет действительно был отражением его истинных свойств, то галактика могла располагаться на гораздо большем удалении от нас.

Для решения этой задачи Гутьеррес использовал несколько подходов, более эффективных для анализа протяженных структур. В сочетании с ранее полученными данными космического телескопа «Хаббл», это позволило определить скорректированное значение красного смещения приблизительно равное z = 1,4. Предполагаемый интервал колебаний при этом составляет около от 1,2 до 1,7.

Противоречащим первоначальному предположению о z = 4,4 стало то, что объект был идентифицирован в фильтре F435W телескопа «Хаббл». При красном смещении такого уровня галактика должна была бы стать практически невидимой на соответствующих волнах из-за эффекта поглощения, известного как предел Лаймана.

Космическое увеличительное стекло

После этого ученый сравнил параметры A1 с существующими представлениями о гравитационном поле скопления MACS J0308.9+2645. Полученные данные указали на то, что при красном смещении примерно z = 1,4 объект располагается вблизи критической кривой данного скопления.

Критическая кривая – это область пространства, где гравитационное линзирование способно значительно искажать изображение удаленной галактики. Важно отметить, что появление дополнительных изображений объекта при этом не является обязательным условием.

Этот факт также влияет на оценку расстояния до A1. Если бы красное смещение действительно составляло z = 4,4, гравитационное линзирование должно было бы породить еще одно изображение галактики. Однако дополнительные искаженные «копии» объекта не были зафиксированы.

«Вероятнее всего, объект A1 – это галактика, находящаяся за скоплением и подвергшаяся однократному гравитационному искажению света при красном смещении z ≈ 1.4 », — пишет Гутьеррес.

Помимо этого, наблюдаемая дуга характеризуется вогнутостью, обращённой в сторону центрального ядра скопления. Её радиус кривизны приблизительно равен 19 угловым секундам. Тем не менее, учёный акцентирует внимание на том, что достоверность данного признака остаётся ограниченной и зависит от применяемой методики после обработки коррелированных помех.

Суммируя полученные результаты можно заключить, что A1, по всей видимости, представляет собой расположенную относительно недалеко галактику, чьё изображение было сильно деформировано гравитационным воздействием массивного скопления MACS J0308.9+2645, которое находится между ней и нашей планетой.

При этом выявление потенциальной гравитационной дуги имеет важное значение не только само по себе. Это подтверждает огромные возможности для научных исследований архива данных космического телескопа «Джеймс Уэбб». Существенная часть этих наблюдений уже доступна широкой публике, но далеко не все содержащиеся в них объекты были тщательно проанализированы.

Исследование, проведенное Гутьерресом, указывает на вероятность существования в открытой базе данных «Джеймса Уэбба» дополнительных космических объектов, которые до этого не были идентифицированы. Чтобы выявить эти объекты, ученым потребуется методичный разбор колоссальных объемов уже собранных данных.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.org.