Недавнее открытие международной группы астрономов поразило своими масштабами: две выровненные галактики действуют как составная гравитационная линза, взаимодействуя друг с другом.
Что такое гравитационное линзирование?
Гравитационное линзирование — явление, вытекающее из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет действие гравитации во Вселенной. По этой теории, гравитация — деформация пространства-времени, вызванная присутствием больших масс, например, звезд, планет и галактик, а не сила, притягивающая объекты, как полагал Исаак Ньютон.
Пространство-время — основа Вселенной — не просто статичная поверхность. Массивные объекты, например галактики или скопления галактик, создают изгибы в пространстве-времени, как будто мяч опускается на центр батута. Эти изгибы воздействуют на всё окружение, включая свет.
Свет всегда движется по кривым траекториям в пространстве-времени. Это означает, что когда свет проходит через области космоса с большой гравитацией, его путь отклоняется. Такое явление можно сравнить с действием оптической линзы, например, увеличительного стекла. Когда свет приближается к массивным объектам (например, галактике), искажение пространства-времени действует как гигантская линза, изгибающая и фокусирующая свет, что позволяет увидеть объекты за галактикой, даже если они находятся слишком далеко для прямого наблюдения.
Это может вызывать искажения изображений: астрономы могут наблюдать несколько изображений одного и того же отдаленного объекта, например квазара, кажущихся искаженными и вытянутыми в дуги или круги. Эти изображения могут быть разделены на несколько копий исходного объекта. Это создает удивительный визуальный эффект и позволяет ученым изучать очень далекие объекты, которые иначе были бы невидимы.
Две галактики взаимодействуют, образуя сложную линзу.
Астрономы раньше наблюдала изолированные галактики, функционирующие как гравитационные линзы, но такие явления были сравнительно простыми для понимания. Недавно же астрономы… Две галактики взаимодействуют подобно составной линзе.
Точное совпадение этих двух галактик с нашей позиции формирует более сложную гравитационную линзу. Это происходит, когда две массивные галактики располагаются так, что их гравитация взаимодействует и искажает свет от удаленного объекта, в данном случае квазара.
Наблюдаемая система J1721+8842 первоначально считалась результатом изгибания света квазара одиночной эллиптической галактикой. Но при изучении данных в течение двух лет астрономы обнаружили аномалии: несколько точек света выглядели копиями одного источника. После дальнейшего анализа подтвердилось, что эти точки исходят от одного и того же квазара. Это наблюдение привело к гипотезе о том, что за эффект линзирования отвечают две галактики.
Ключевое значение телескопа Джеймса Уэбба
Чтобы подтвердить гипотезу, астрономы применили данные телескопа «Джеймс Уэбб». Этот телескоп, превосходящий своих предшественников мощностью, позволил уточнить модель. Изучив изображения, исследователи обнаружили красноватое кольцо, которое сначала приняли за… кольцо ЭйнштейнаЭто светящееся искажение, свойственное гравитационным линзам, на самом деле являлось сигнатурой второй галактики, участвующей в эффекте линзирования.
Такая детализация позволила учёным создать компьютерную модель, подтверждающую, что две галактики, взаимодействующие гравитационно, формируют составную гравитационную линзу — явление, редкое в наблюдениях. Это открывает новые возможности для астрономов, так как составная линза упрощает изучение удалённых объектов, которые иначе было бы трудно детально проанализировать.
Открытие с большими последствиями
Это открытие существенно влияет на космологию. Во-первых, оно предоставляет мощный инструмент для изучения отдаленных объектов, например квазаров. Изменение света дает возможность увеличить и глубже понять эти объекты, находящиеся в миллиардах световых лет от Земли, за пределами возможностей современных телескопов.
Это наблюдение может разрешить давние научные споры о постоянной Хаббла — ключевой величине для измерения расширения Вселенной. Точное выравнивание галактик при гравитационном линзировании может дать новую информацию для расчета этой постоянной, что уменьшит неопределенность в отношении скорости расширения космоса.