Странная пара галактик может служить первым доказательством существования «космических струн» — загадочных и гипотетических структур, рожденных фазовым переходом в результате нарушения симметрии в ранней Вселенной. Одна из двух галактик, о которых идет речь, на самом деле является отражением другой — оптический эффект, вызванный гравитационной линзой, которая сама порождена космической струной.
Космические струны — это гипотетические нитевидные (т.е. одномерные) объекты, присутствующие во Вселенной в очень малых количествах. Считается, что они представляют собой «шрамы» или трещины, образовавшиеся при фазовом переходе первозданной Вселенной, когда была нарушена симметрия. Имея толщину едва ли больше протона, они могут быть настолько длинными, что могут простираться на всю наблюдаемую Вселенную или даже дальше. Кроме того, они были бы невероятно плотными и массивными. Не путать со струнами, упоминаемыми в знаменитой «теории струн», которые принципиально иные и гораздо меньше (порядка длины Планка).
Когда космические струны эволюционируют от меньших масштабов к большим, они вызывают возмущения в распределении плотности вещества и энергии во Вселенной. В результате гравитационного взаимодействия они притягивают соседнее вещество или энергию. Хотя различные космические явления, по-видимому, свидетельствуют об их существовании, пока ничего не подтверждено, и ни одна космическая струна никогда не наблюдалась непосредственно. Исследователям из Индийского института астрофизики, Штернбергского института астрономии и Национального университета Урду, возможно, наконец, удалось обнаружить такую струну.
Зеркальный эффект
Астрофизики используют два основных метода обнаружения космических струн. Первый основан на анализе анизотропного космического микроволнового фона — высокооднородного электромагнитного излучения, которое можно наблюдать во всех направлениях по всему небу. Второй метод заключается в анализе выборок цепочек событий гравитационного линзирования (например, пар галактик), которые, вероятно, порождены космическими струнами.
На основе этих методов была идентифицирована высоконадежная цепочка-кандидат, названная CSc-1. Его объекты имеют звездную величину от 19,7 до 23 и могут быть обнаружены только с помощью больших и мощных стабильных телескопов. С помощью фотометрического и спектроскопического анализа был выбран самый яркий объект в цепочке: пара галактик под кодовым названием SDSSJ110429-A,B.
Согласно отчету, предварительно опубликованному на платформе , результаты наблюдений и моделирования указывают на высокую вероятность присутствия космической струны. На самом деле эта пара была бы одной и той же галактикой, отраженной для наших глаз в космосе под действием гравитационного линзирования, создаваемого потенциальной космической струной. Вблизи галактики пространство-время резко изгибается в сторону самой плотной зоны, то есть в сторону струны. Если провести аналогию, это похоже на размещение тяжелого предмета в центре батута. Когда свет от этой галактики проходит через эту область, он отклоняется и создает зеркальный эффект. С точки зрения удаленного наблюдателя в результате получаются два объекта.
Если форма (свет) объекта на заднем плане искажена по сравнению с объектом на переднем плане (или имеется смещение между двумя изображениями), то мы можем иметь дело с двумя разными галактиками. Однако для SDSSJ110429-A,B искажения или смещения здесь не наблюдается. Согласно проведенному исследователями анализу, эти две галактики имеют практически одинаковые спектры блеска, размеры и форму. Кроме того, аналогичными свойствами обладают и другие галактические пары, расположенные в цепочке CSc-1.
Однако эти результаты не вполне согласуются с теоретическими моделями, о которых говорилось ранее. Большинство предыдущих моделей основано на прямых струнах. Однако SDSSJ110429-A,B могут соответствовать им, учитывая, что ориентация или кривизна космической струны может быть иной. Разница в углах, наблюдаемая между двумя галактиками, может быть объяснена тем, что струна может быть сильно наклонена относительно линии зрения наблюдателя или изогнута в плоскости изображения. «Наше моделирование данных наблюдений в CSc-1 показывает, что большое количество пар может быть объяснено сложной геометрией космической струны«, — поясняют исследователи в своей статье. «Учет модели космической струны с кривизной может улучшить поиск кандидатов на событие гравитационного линзирования«, — заключают они.