Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) сделал снимок гигантского скопления галактик eMACS J1823.1+7822, расположенного на значительном отдалении от нас. Масса этого кластера настолько велика, что свет расположенных позади галактик подвергся эффекту гравитационного линзирования — они кажутся вытянутыми или искривлёнными. Видно несколько галактик, окружающих скопление, а также звёзды с характерными дифракционными лучами.

Источник изображения: esahubble.org

Скопление галактик носит название eMACS J1823.1+7822 — оно наблюдается в созвездии Дракона и находится на расстоянии почти 9 млрд световых лет от Земли. Это одно из пяти исключительно массивных скоплений галактик, которое исследователи изучают при помощи телескопа «Хаббл» в надежде оценить силу этих гравитационных линз и сформировать представление о распределении тёмной материи в них.

Сильные гравитационные линзы вроде eMACS J1823.1+7822 представляют собой не только ценные объекты изучения, но и сами выступают в качестве научного инструмента. Действуя как огромные естественные телескопы, они увеличивают объекты, которые оставались бы слишком тусклыми или далёкими для современного оборудования.

Изображение было получено путём наложения данных, полученных при снимках с восемью фильтрами на два прибора «Хаббла»: Advanced Camera for Surveys и Wide Field Camera 3. Эти инструменты позволяют наблюдать астрономические объекты только в небольших фрагментах спектра. Комбинация снимков на разных длинах волн позволяет астрономам составлять более полную картину структуры, состава и поведения объектов — одного только видимого диапазона было бы недостаточно.

Центральное скопление на снимке состоит преимущественно из ярких эллиптических галактик, а неподалёку от его ядра обозначилась яркая искажённая дуга — ещё одна галактика, изображение которой подверглось гравитационному линзированию.

Расположенная в Индии обсерватория Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) уловила сигнал с длиной волны в диапазоне 21 см, известной также как «радиолиния нейтрального водорода», от галактики, находящейся на рекордном расстоянии от Земли — 8,8 млрд световых лет.

Источник изображений: mcgill.ca

Галактика, обозначенная как SDSSJ0826+5630, произвела этот сигнал 8,8 млрд лет назад. Он позволил оценить содержание газа в галактике и выяснить, что её масса двукратно превышает массу видимых звёзд в ней. Галактики производят электромагнитное излучение в широком диапазоне, однако сигналы радиолинии нейтрального водорода пока удавалось принимать только от близлежащих, а следовательно, более молодых источников.

Трудность приёма сигналов на этих длинах волн от более далёких галактик связана с тем, что при преодолении больших расстояний длины волн таких сигналов увеличиваются, что приводит к уменьшению энергии волны. Учёным помог феномен гравитационного линзирования, предсказанный в общей теории относительности (ОТО) более века назад.

ОТО предполагает, что обладающие массой объекты искажают пространство и время; чем больше масса, тем сильнее искривление. Искривляется и траектория движения света, проходящего мимо массивного объекта — в результате его источник может появляться на нескольких точках неба, а сила сигнала может увеличиваться.

Произведённый SDSSJ0826+5630 радиосигнал был в 30 раз усилен другой галактикой, действующей как линзирующее тело, в результате чего расположенный на Земле телескоп смог этот сигнал принять. Значит, подобные сигналы можно будет принять и от других удалённых галактик, а длинноволновые радиотелескопы помогут лучше исследовать механизмы эволюции объектов молодой Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в мартовском выпуске британского научного журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Космический телескоп «Хаббл» на одном снимке запечатлел три разных момента взрыва сверхновой — взрыв произошёл более 11 млрд лет назад, когда Вселенная была в пять раз моложе. Это первый настолько детализированный взгляд на сверхновую, появившуюся на столь раннем этапе развития Вселенной.

Источник изображения: nasa.gov

Своим тройным появлением на одном снимке «Хаббла» звезда обязана феномену гравитационного линзирования — он был предсказан общей теорией относительности Эйнштейна. В данном случае линзой выступает обладающее огромной гравитацией скопление галактик Abell 370, которое преломляет свет расположенной позади него сверхновой. Этот же эффект создал несколько её изображений в разные периоды времени — все они добрались до Земли одновременно, проходя по разным маршрутам и испытывая при этом гравитационные эффекты замедления времени и искривления пространства.

На изображении зафиксировано быстрое изменение цвета звезды, свидетельствующее об изменении её температуры: чем ближе цвет к синему, тем выше температура, а по мере остывания сверхновая краснеет. Учёные впервые смогли оценить размер умирающей звезды в ранней Вселенной, исходя из её яркости и скорости остывания — это был красный сверхгигант в 500 раз больше Солнца.

Авторы исследования, Вэньлэй Чэнь (Wenlei Chen) и Патрик Келли (Patrick Kelly) из Школы физики и астрономии при Миннесотском университете (США) хотят попытаться найти ещё более далёкие сверхновые при помощи космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Это поможет понять, отличаются ли звёзды, существовавшие миллиарды лет назад, от тех, что находятся в относительной близости от нас.