Tento záber Hubblovho vesmírneho teleskopu ukazuje tri zväčšené obrázky vzdialenej galaxie vložené do skupiny galaxií. Tieto obrázky sú vyrobené trikom prírody nazývaným gravitačné šošovky. Masívna gravitácia kupy galaxií zosilňuje a deformuje svetlo zo vzdialenej galaxie za ňou a vytvára viacero obrazov. Klastr galaxií klasifikovaný ako SDSS J223010.47-081017.8 sa nachádza 7 miliárd svetelných rokov od Zeme. Hubble pozoroval mnoho galaxií s gravitačnými šošovkami. Obrázky zachytené na tejto Hubbleovej snímke sú však jedinečné. Dva zo zväčšených obrázkov, zobrazené v oblakoch vpravo dole, sú navzájom presnými kópiami. Dva jasné ovály sú srdcom galaxie. K tomuto zriedkavému javu dochádza, pretože galaxia v pozadí je vlnenie v štruktúre vesmíru. Toto „zvlnenie“ je oblasťou väčšej inflácie v dôsledku príťažlivosti hustého množstva tmavej hmoty, neviditeľného lepidla, ktoré tvorí väčšinu hmoty vesmíru. Ako svetlo z ďalekej galaxie prechádza klastrom pozdĺž tohto zvlnenia, vytvoria sa dva zrkadlové obrazy spolu s tretím obrazom, ktorý je možné vidieť zboku. Detailný záber na tretí obrázok je zobrazený v oblakoch vpravo hore. Tento obrázok je veľmi podobný vzdialenej galaxii, ktorá sa nachádza viac ako 11 miliárd svetelných rokov ďaleko. Na základe tejto rekonštrukcie tohto obrázku vedci zistili, že vzdialená galaxia sa javí ako kľukatá špirála s kontinuálnou tvorbou hrudkovitých hviezd. Zrkadlové obrázky sú pomenované podľa „Hamiltonovho tela“ astronóma, ktorý ich objavil. Zápočet: Joseph DePasquale (STScI)
Pozerať sa do vesmíru je ako pohľad do zrkadla zábavného domu. Dôvodom je, že gravitácia deformuje štruktúru priestoru a vytvára optické klamy.
Mnoho z týchto optických ilúzií sa objaví, keď sa svetlo vzdialenej galaxie zväčší, roztiahne a rozjasní, keď prechádza masívnou galaxiou alebo kupou galaxií pred ňou. Tento jav, nazývaný gravitačné šošovky, vytvára viacnásobné, rozšírené a jasné obrázky galaxie v pozadí.
Tento jav umožňuje astronómom študovať galaxie tak ďaleko, že ich možno vidieť iba pomocou účinkov gravitačnej šošovky. Úlohou je pokúsiť sa zrekonštruovať vzdialené galaxie z podivných tvarov produkovaných šošovkami.
Ale astronómovia používajú Hubblov vesmírny teleskop Na taký zvláštny tvar som narazil pri analýze kvazarov, tlejúcich jadier aktívnych galaxií. Videli dva jasné lineárne objekty, ktoré sa zdali byť navzájom zrkadlovými obrazmi. V blízkosti bola ďalšia zvláštna bytosť.
Tieto vlastnosti zmiatli astronómov natoľko, že odhaliť záhadu im trvalo niekoľko rokov. S pomocou dvoch odborníkov na gravitačné šošovky vedci zistili, že tieto tri objekty sú skreslenými obrazmi vzdialenej, neobjavenej galaxie. Najväčším prekvapením však bolo, že lineárne objekty boli navzájom presnými kópiami, čo je vzácna udalosť spôsobená presným zarovnaním galaxie v pozadí a skupiny šošoviek v popredí.
3D animácia zobrazujúca Hubblov vesmírny teleskop nad Zemou. Kredit: ESA/Hubble (M. Kornmesser a LL Christensen)
Astronómovia videli niekoľko veľmi zvláštnych vecí roztrúsených po celom našom obrovskom vesmíre, od explodujúcich hviezd až po zrážajúce sa galaxie. Preto by ste si mohli myslieť, že keď uvidia podivné nebeské telo, budú schopní ho identifikovať.
ale NASAHubblov vesmírny teleskop zistil, že sa zdá, že ide o pár podobne vyzerajúcich predmetov, ktoré boli také zvláštne, že astronómom trvalo niekoľko rokov, kým zistili, čo sú zač.
„Boli sme skutočne zmätení,“ povedal astronóm Timothy Hamilton zo Shawnee State University v Portsmouthe v štáte Ohio.
UFO pozostáva z dvojice galaktických vydutín (stredová os galaxie naplnená hviezdami) a najmenej troch oddelených rovnobežných čiar. Hamilton ich objavil náhodou, keď pomocou Hubbla skúmal skupinu kvazarov, doutnajúcich jadier aktívnych galaxií.
Potom, čo sa Hamilton a rastúci tím vedený Richardom Griffithsom z University of Hawaii v Hilo, hľadajúc teóriu slepých uličiek, žiadajúc o pomoc kolegov a veľa sa škrabajú, konečne spojili všetky stopy k vyriešeniu záhady.
Lineárne objekty boli roztiahnuté obrázky vzdialenej galaxie s gravitačnou šošovkou, ktorá sa nachádza viac ako 11 miliárd svetelných rokov ďaleko. Zdalo sa, že sú to navzájom identické obrazy.
Tím zistil, že obrovská gravitácia skupiny prekrývajúcich sa a neregistrovaných galaxií v popredí galaxií deformuje, zosilňuje, rozjasňuje a rozširuje priestor vzdialenej galaxie za ňou, fenomén nazývaný gravitačné šošovky. Napriek tomu, že Hubbleove prieskumy odhalili mnohé z týchto zrkadlových a zrkadlových deformácií spôsobených gravitačnou šošovkou, tento objekt bol jedinečne mystifikačný.
V tomto prípade jemné zarovnanie medzi galaxiou v pozadí a kupou galaxií v popredí má za následok dve zväčšené kópie toho istého obrazu vzdialenej galaxie. K tomuto zriedkavému javu dochádza, pretože galaxia v pozadí je vlnenie v štruktúre vesmíru. Toto „zvlnenie“ je oblasťou väčšej inflácie v dôsledku príťažlivosti hustého množstva tmavej hmoty, neviditeľného lepidla, ktoré tvorí väčšinu hmoty vesmíru. Ako svetlo z ďalekej galaxie prechádza klastrom pozdĺž tohto zvlnenia, vytvoria sa dva zrkadlové obrazy spolu s tretím obrazom, ktorý je možné vidieť zboku.
Griffiths porovnáva tento efekt s jasnými vlnitými vzormi na dne bazéna. „Myslite na zvlnený povrch bazéna za slnečného dňa, ktorý ukazuje vzory jasného svetla na dne bazéna,“ vysvetlil. Tieto jasné vzory v spodnej časti sú spôsobené podobným typom účinku gravitačnej šošovky. Vlny na povrchu pôsobia ako čiastočné šošovky a sústreďujú slnečné svetlo na lesklé kľukaté vzory nižšie. “
Vo vzdialenej galaxii s gravitačnou šošovkou zvlnenie zväčšuje a deformuje svetlo z galaxie pozadia prechádzajúcej klastrom. Zvlnenie funguje ako nedokonale zakrivené zrkadlo, ktoré generuje duplexy.
vyriešiť hádanku
Tento vzácny jav však nebol dostatočne známy, keď Hamilton v roku 2013 objavil podivné lineárne prvky.
Keď sa pozeral cez obrázky kvasaru, vyskočil záber reflexných obrazov a rovnobežných čiar. Hamilton nikdy nič podobné nevidel, ani nikto z ostatných členov tímu to nemal.
„Moja prvá myšlienka bola, že mohli interagovať s galaxiami s ramenami natiahnutými špičatými spôsobmi,“ povedal Hamilton. „Moc sa to nehodilo, ale ani som nevedel, čo si mám myslieť.“
Hamilton a tím sa teda vydali na cestu k vyriešeniu záhady týchto mätúcich rovných čiar, ktoré boli neskôr pre svojho objaviteľa nazvané „Hamiltonov objekt“. Zvláštny obraz ukázali kolegom na astronomických konferenciách, ktoré vyvolali rôzne reakcie, od kozmických strún až po planetárne hmloviny.
Potom však Griffiths, ktorý nebol členom pôvodného tímu, ponúkol najpravdepodobnejšie vysvetlenie, keď mu Hamilton ukázal obrázok na stretnutí NASA v roku 2015. Bol to zväčšený, skreslený obraz spôsobený javom šošovky podobným tomu, ktorý je vidieť na Hubble. Ďalšie masívne obrázky klastrov galaxií zosilňujú obrazy veľmi vzdialených galaxií. Griffiths túto myšlienku potvrdil, keď sa o podobnom lineárnom objekte dozvedel v Hubblovom prieskume hlbokej hviezdokopy.
Vedci však stále mali problém. Nepodarilo sa im určiť hmotnosť šošovky. Astronómovia, ktorí študujú zhluky galaxií, zvyčajne najskôr uvidia zhluk v popredí spôsobujúci odraz a potom nájdu zväčšené obrázky vzdialených galaxií v klastri. Prehľadávanie snímok Sloan Digital Sky Survey odhalilo zhluk galaxií v rovnakej oblasti ako zväčšené obrázky, ale neobjavili sa v žiadnom indexovanom prieskume. Skutočnosť, že podivné obrázky boli v strede klastra, však Griffithsovi objasnilo, že klaster vytvára lentikulárne obrázky.
Ďalším krokom vedcov bolo zistiť, či sú tri obrázky šošovky v rovnakej vzdialenosti, a teda išlo o všetky skreslené obrázky tej istej vzdialenej galaxie. Spektroskopické merania s observatóriami Gemini a WM Keck na Havaji pomohli vedcom potvrdiť toto tvrdenie a ukázali, že obrázky pochádzajú z galaxie vzdialenej viac ako 11 miliárd svetelných rokov.
Vzdialená galaxia, založená na rekonštrukcii tretieho obrazu šošovkou, vyzerá ako kľukatý vír s kontinuálnym hrudkovitým vytváraním hviezd.
Približne v rovnakom čase ako spektroskopické pozorovania, ktoré urobili Griffith a vysokoškoláci v Hilo, samostatná skupina výskumníkov v Chicagu určila hmotnosť a zmerala jej vzdialenosť pomocou Sloanových údajov. Klaster sa nachádza viac ako 7 miliárd svetelných rokov ďaleko.
Ale s tak malým počtom informácií o klastri Griffithov tím stále zápasil s tým, ako vysvetliť tieto neobvyklé tvary šošoviek. „Táto gravitačná šošovka sa veľmi líši od väčšiny šošoviek, ktoré Hubble predtým študoval, najmä v prieskume klastrov Hubble Frontier Fields,“ vysvetlil Griffiths. „Na tie zhluky sa nemusíš pozerať príliš dlho, aby si našiel veľa šošoviek. V tomto objekte je to jediný objektív, ktorý máme. A o klastri sme spočiatku ani nevedeli.“
Neviditeľné mapovanie
Vtedy Griffith kontaktoval odborníčku na teóriu gravitačných šošoviek Jenny Wagner z Univerzity v Heidelbergu v Nemecku. Wagner študoval podobné objekty a spolu so svojim kolegom Nicholasom Tessurom, teraz na univerzite v Manchestri v Anglicku, vyvinul počítačový program na interpretáciu unikátnych šošoviek, ako sú tieto. Ich softvér pomohol tímu odhaliť, ako sa tri obrázky objavili s objektívom. Dospeli k záveru, že temná hmota okolo rozšírených snímok by mala byť „hladko“ rozložená v priestore v malých mierkach.
„Je skvelé, že potrebujeme iba dva zrkadlové obrazy, aby sme získali mieru toho, ako hrudkovitá temná hmota v týchto polohách je alebo nie je,“ povedal Wagner. „Tu nepoužívame žiadne modely šošoviek. Berieme iba to, čo je možné pozorovať na viacerých obrázkoch, a skutočnosť, že ich je možné navzájom premieňať. Našou metódou ich možno zložiť. To nám dáva predstavu o tom, ako hladká je temná hmota v týchto dvoch polohách. “
Toto zistenie je dôležité, povedal Griffiths, pretože astronómovia stále nevedia, čo je temná hmota, takmer storočie po jej objavení. Vieme, že je to forma hmoty, ale netušíme, z čoho je častica vyrobená. Vôbec teda nevieme, ako sa správa. Vieme iba, že má hmotnosť a podlieha gravitácii. Dôležitosť limitov veľkosti v aglomerácii alebo hladkosti je v tom, že nám poskytujú určité informácie o tom, čo je častica. Čím je temná hmota menšia, tým by mali byť častice hmotnejšie. “
Tímový dokument sa objaví v septembrovom vydaní Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti.
Odkaz: „Hamiltonovo telo – zoskupená galaxia tiahnuca sa leptavou gravitáciou galaktického davu: obmedzenia zoskupovania temnej hmoty“ od Richarda E. Griffithsa, Mitchella Rudisela, Jenny Wagnerovej, Timothyho Hamiltona, Bo Chih Huanga a Caroline Felforthovej, 17. mája, 2021, Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti.
DOI: 10,1093/mnras/stab1375
Hubbleov vesmírny teleskop je projekt medzinárodnej spolupráce medzi NASA a Európskou vesmírnou agentúrou (ESA). Teleskop prevádzkuje Goddardovo vesmírne letové stredisko NASA v Greenbelte v Marylande. Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimore, Maryland, vykonáva vedecké operácie Hubbleovho teleskopu. STScI pre NASA prevádzkuje Konzorcium univerzít pre výskum astronómie vo Washingtone, DC
„Organizátor. Spisovateľ. Zlý kávičkár. Evanjelista všeobecného jedla. Celoživotný fanúšik piva. Podnikateľ.“
