Astronomowie odkryli rzadką soczewkę grawitacyjną „Krzyż Einsteina”, odsłaniającą młodą galaktykę z szokująco dojrzałymi gwiazdami.
Galaktyka, o której mowa, to J1453g, galaktyka eliptyczna będąca pierwszą soczewką grawitacyjną na tak dużej odległości kosmicznej, którą astronomowie byli w stanie precyzyjnie „zważyć”. J1453g soczewkuje światło z większej odległości kwazarobszar przestrzeni zdominowany przez żarłocznie żerujące ssupermasywna czarna dziurapowiększając go i powodując wielokrotne pojawienie się na tym samym obrazie w kształcie krzyża.
„Odkrycie tego wyjątkowego obiektu pozwoliło nam dokładnie zbadać naturę gwiazd w centrum galaktyki eliptycznej w odległej epoce wszechświata, kiedy galaktyka była jeszcze młoda” – powiedział w oświadczeniu kierownik zespołu Quirino D’Amato, badacz z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF). „Zaskakujący jest fakt, że ich skład jest bardzo podobny do tego, który widzimy dzisiaj w Drodze Mlecznej, w zupełnie innym środowisku i epoce.
„To mówi nam, że wciąż daleko nam do pełnego zrozumienia procesów powstawania i ewolucji galaktyk, i stanowi ważny punkt dla rozwoju przyszłych modeli”.
Co to jest soczewkowanie grawitacyjne?
Badania te nie byłyby możliwe w przypadku dziwactwa kosmosu, o którym po raz pierwszy zasugerowano Alberta Einsteina w swojej teorii grawitacji opus magnum z 1915 r. ogólna teoria względności.
Ogólna teoria względności sugeruje, że obiekty posiadające masę powodują krzywiznę w samej strukturze przestrzeni i czasu, zjednoczonych jako czterowymiarowa całość zwana „czasoprzestrzenią”. Im większa masa obiektu, tym większa jest jego krzywizna, a te zakrzywienia odczuwamy w czasoprzestrzeni jako grawitację. Zatem im większa masa obiektu, tym większy jest jego wpływ grawitacyjny.
A kiedy światło przechodzi przez zakrzywienia czasoprzestrzeni, dzieje się coś fascynującego. Zwykle prosta droga światła zakrzywia się wzdłuż osnowy, a stopień krzywizny zależy od tego, jak blisko obiektu masowego przechodzi światło.
Oznacza to, że kiedy obiekt o dużej masie znajdzie się pomiędzy Ziemią a bardziej odległym obiektem, światło z tego obiektu tła może docierać do naszych teleskopów w różnym czasie. Te interweniujące ciała mogą powodować powiększenie obiektów tła lub „soczewkowanie grawitacyjne”. Rzeczywiście, zjawisko to jest wykorzystywane z dużym skutkiem przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) aby zobaczyć starożytne i odległe galaktyki.
Czasami różnica w czasie przybycia może powodować wielokrotne pojawienie się obiektu tła na tym samym obrazie. Te wielokrotne przejawy tego samego ciała tła mogą przyjmować układy kołowe lub Pierścienie Einsteinai mogą również pojawiać się jako rzadsze Krzyże Einsteina.
W przypadku Krzyża Einsteina soczewką grawitacyjną jest galaktyka J1453g w niemal idealnym ułożeniu z Ziemią i odległym kwazarem, aktywnym obszarem w sercu galaktyki, zasilanym przez zasila supermasywną czarną dziurę.
Soczewkowanie grawitacyjne jest przydatne nie tylko do oglądania obiektów znajdujących się zwykle daleko poza naszym polem widzenia; efekt soczewkowania może wiele powiedzieć naukowcom na temat ciała wytwarzającego soczewkę. W tym przypadku zespołowi udało się wykorzystać przejawy tego kwazara w kształcie krzyża do określenia rozkładu mas gwiazd J1453g z niespotykaną dotąd precyzją. To ujawniło coś, co zaprzecza temu, co sugerują obecne modele.
Naukowcy zwykle spodziewają się, że centralne zgrubienia galaktyk eliptycznych będą się szybko formować i w związku z tym będą zdominowane przez gwiazdy o małej masie. Wydaje się jednak, że J1453g ma konfigurację podobną do Drogi Mlecznej, która jest galaktyką spiralną z poprzeczką, co oznacza, że niektóre galaktyki eliptyczne mogą powstawać wolniej z gwiazdami o większej masie w swoich sercach. Inną możliwością jest to, że J1453g została przekształcona w swojej wczesnej historii w wyniku gwałtownego zdarzenia, takiego jak kolizja i połączenie z inną galaktyką.
W związku z tym wyniki zespołu nie tylko stanowią jeden z najsolidniejszych pomiarów narodzin gwiazd w okresie dojrzewania Wszechświata, ale także stanowią nowe spojrzenie na powstawanie i ewolucję masywnych struktur kosmicznych. Rzeczywiście, badania sugerują bardziej dynamiczną i złożoną historię galaktyk, niż wcześniej sądzono.
Wyniki badań zespołu opublikowano w czwartek (2 kwietnia) w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.
