Несмотря на космические модели, на которые могут положиться исследователи, Вселенная — это колодец, полный сюрпризов. Например, много лет назад космический телескоп НАСА «Хаббл» обнаружил два изображения двух внешне идентичных космических объектов, и только сейчас астрономам удалось выяснить, что это за объекты.
Эти два изображения казались зеркальными отражениями одной и той же галактики, но затем рядом был обнаружен третий странный объект. Теперь эта особенность прояснилась: все три изображения принадлежат одной и той же галактике, удаленной от нас на 11 миллиардов световых лет и, следовательно, очень старой. Ее свет был умножен и деформирован гравитацией из-за наличия большого скопления материи между нами, наблюдающими за удаленным источником, и самим источником. Этот эффект известен как гравитационное линзирование.
Пара идентичных космических объектов: реальность или иллюзия гравитации?
Странная пара космических объектов, оказавшаяся трио, была случайно замечена астрономом Тимоти Гамильтоном из Государственного университета Шони в Портсмуте во время наблюдений с помощью «Хаббла». Странный объект, ответственный за эти изображения, прозванный «объектом Гамильтона», вызвал любопытство исследователей. Было выдвинуто несколько гипотез — от космических струн до планетарных туманностей. Действие гравитации на пространство-время и иллюзорное явление гравитационного линзирования еще не были хорошо изучены.
В ходе обсуждения с другими коллегами Гамильтон и его коллега Ричард Гриффитс из Университета Хило на Гавайях обнаружили, что три изображения могут принадлежать одному и тому же далекому объекту. Его свет был отклонен и умножен огромной гравитацией какого-то другого скопления материи, расположенного ближе к нам. И еще один сюрприз. Три изображения являются точными копиями друг друга, что случается очень редко и вызвано точным совмещением далекого источника с линзовидным скоплением на переднем плане.
Этот экстраординарный случай возможен, когда далекая галактика находится над рябью в пространстве-времени, вызванной присутствием большого количества темной материи. Когда свет от галактики проходит через эту пульсацию, создается несколько ее изображений.
Но что это за линза, искажающая гравитацию?
Задача исследователей заключалась в том, чтобы выяснить, какой космический объект ответственен за эффект линзирования. Это было особенно странно, потому что обычно сначала находят скопление материи, вызывающее отклонение света, а затем увеличенное или размноженное изображение далекого источника.
Исследователи под руководством Гриффитса искали возможного виновника линзирования в данных Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Они обнаружили скопление, которое умножило изображение галактики, удаленной от нас на 11 миллиардов световых лет. Это было подтверждено с помощью телескопа, расположенного в обсерватории У. М. Кека на Гавайях. Считается, что галактика представляет собой замкнутую спираль с богатым, но неравномерным звездообразованием. Другая команда ученых в это же время окончательно определила кластер, действующий как гравитационная линза, и измерила его расстояние с помощью SDSS. Она находится на расстоянии 7 миллиардов световых лет.
Другая гравитационная линза
Несмотря на отсутствие информации о кластере, ответственном за эффект гравитационного линзирования, исследовательская группа попыталась интерпретировать действие гравитации и созданные ею изображения.
Гриффитс объясняет:
Это гравитационное линзирование сильно отличается от большинства линзирований, которые ранее изучались Хабблом, в частности, в рамках обзора кластеров Hubble Frontier Fields. Не обязательно долго наблюдать за этими скоплениями, чтобы найти множество линз.
Чтобы понять природу этого конкретного кластера, Гриффитс объединился с Дженни Вагнер из Гейдельбергского университета и Николасом Тессором из Манчестерского университета, экспертами в области гравитационного линзирования. Программное обеспечение, разработанное ими для интерпретации уникальных объектов, таких как объект в исследовании Гриффитса, позволило им понять окружение галактики с помощью изображения, умноженного на линзу.
Использование гравитации для исследования секретов невидимого
Результат исследования особенно важен для раскрытия секретов космоса и его самого загадочного компонента — темной материи. Использование знаний о различных явлениях, возникающих при гравитационном линзировании, позволяет изучать крупномасштабную структуру Вселенной и создавать все более детальные модели.
«Мы знаем, что это какая-то форма материи, но мы понятия не имеем, что это за составная частица. Поэтому мы совершенно не знаем, как она себя ведет«, — признается Гриффитс. «Все, что мы знаем, это то, что она имеет массу и подвержена гравитации«. Именно эта гравитация, действие которой мы распознаем, глядя на небо, станет одним из фундаментальных ключей к объяснению невидимого.
С исследованием, которое появилось в журнале «Ежемесячные извещения Королевского астрономического общества» в сентябре 2021 года, можно ознакомиться .