Один из самых захватывающих аспектов знаменитой теории относительности Эйнштейна заключается в том, что гравитация больше не описывается как сила, а как «искривление» самого пространства. Искривление пространства, вызванное тяжелыми объектами, не только заставляет планеты вращаться вокруг звезд, но также может искривлять орбиту световых лучей.
Самая тяжелая из всех структур во Вселенной – скопления галактик, состоящие из сотен или тысяч галактик – может настолько сильно отклонять свет от далеких галактик, что кажется, что они находятся в совершенно другом месте, чем они есть на самом деле.
Но это не так: свет может проходить по нескольким путям вокруг скопления галактик, что позволяет нам получить удачу и сделать два или более наблюдений одной и той же галактики в разных местах неба с помощью мощного телескопа.
Сверхновая дежавю
Некоторые маршруты вокруг скопления галактик длиннее других и, следовательно, занимают больше времени. Чем медленнее маршрут, тем сильнее гравитация; еще одно поразительное следствие теории относительности. Это сильно влияет на количество времени, необходимое для того, чтобы свет достиг нас, и, следовательно, различные изображения, которые мы видим.
Этот чудесный эффект позволил группе астрономов из Cosmic Dawn Center – центра фундаментальных исследований, управляемого Институтом Нильса Бора в Копенгагенском университете и DTU Space в Техническом университете Дании, – вместе со своими международными партнерами наблюдать одна галактика не менее чем в четырех разных местах на небе.
Наблюдения проводились в инфракрасном диапазоне длин волн космического телескопа Хаббл.
Анализируя данные телескопа Хаббла, исследователи отметили три ярких источника света в фоновой галактике, которые были очевидны в предыдущем наборе наблюдений в 2016 году, которые исчезли, когда Хаббл повторно посетил эту область в 2019 году. Эти три источника оказались несколькими изображениями одной звезды, жизнь которой закончилась колоссальным взрывом, известным как сверхновая.
"Одиночная звезда взорвалась 10 миллиардов лет назад, задолго до образования нашего собственного Солнца. «Вспышка света от этого взрыва только что достигла нас», – объясняет доцент Габриэль Браммер из Центра космического рассвета, который руководил исследованием с профессором Стивеном Родни из Университета Южной Каролины.
Сверхновую по прозвищу «SN-Requiem» можно увидеть на трех из четырех «зеркальных изображений» галактики. Каждое изображение представляет собой разный взгляд на развитие взрывной сверхновой звезды. На последних двух изображениях он еще не взорвался.
Но, исследуя, как галактики распределены в скоплении галактик и как эти изображения искажаются искривленным пространством, на самом деле можно вычислить, насколько "запаздывают" эти изображения.
Это позволило астрономам сделать замечательное предсказание:
«Четвертое изображение галактики запаздывает примерно на 21 год, что должно позволить нам увидеть взрыв сверхновой еще раз, примерно в 2037 году», – объясняет Габриэль Браммер.
Может рассказать нам больше о вселенной
Если мы снова станем свидетелями взрыва SN-Requiem в 2037 году, это не только подтвердит наше понимание гравитации, но и поможет пролить свет на другую космологическую загадку, возникшую в последние несколько лет, а именно на расширение нашей Вселенной.
Мы знаем, что Вселенная расширяется, и что различные методы позволяют нам измерить, насколько быстро. Проблема в том, что разные методы измерения не все дают одинаковый результат, даже если принять во внимание погрешности измерения. Могут ли наши методы наблюдений быть ошибочными или, что более интересно, нам нужно будет пересмотреть наше понимание фундаментальной физики и космологии??
"Понимание структуры Вселенной станет главным приоритетом для основных наземных обсерваторий и международных космических организаций в течение следующего десятилетия.Запланированные на будущее исследования охватят большую часть неба и, как ожидается, выявят десятки или даже сотни редких гравитационных линз со сверхновыми, такими как SN Requiem », – уточняет Браммер:
"Точные измерения задержек от таких источников обеспечивают уникальные и надежные определения космического расширения и даже могут помочь выявить свойства темной материи и темной энергии."
Темная материя и темная энергия – это таинственная материя, которая, как считается, составляет 95% нашей Вселенной, тогда как мы можем видеть только 5%. Перспективы гравитационных линз многообещающие!