Hubble снял далёкую галактику через гравитационную линзу

Космический телескоп Hubble сфотографировал большое скопление галактик Abell 2813. Изображение примечательно тем, что позволяет в деталях рассмотреть необычное явление, называемое гравитационным линзированием. Теория гравитационных линз давно принята научным сообществом — известно, что сверхмассивные тела изменяют своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения. Это позволяет обнаружить не видимые никаким иным способом скопления материи, но подобные объекты наблюдаются сравнительно редко. Недавний снимок, сделанный космическим телескопом Hubble, запечатлел процесс деформации света в ходе прохождения через скопление галактик Abell 2813, расположенных в созвездии Кита. На фотографии можно наблюдать тот самый эффект гравитационного линзирования, когда масса объекта приводит к искажению световой волны. «Среди крошечных точек, спиралей и овалов, представляющих собой галактики скопления, есть несколько отчётливых серповидных форм. Эти изогнутые полумесяцы и S-образные формы света на самом деле лежат за пределами Abell 2813», — поясняют астрономы.

Учёные поясняют, что гравитация скопления настолько сильна, что преломляет свет, выступая в качестве линзы и позволяя нам видеть более далёкие галактики. Известно, что свет от Abell 2813 шёл до Земли около 3,4 миллиарда лет.

"Космическая змея" раскрыла тайны рождения первых звезд

Наблюдения за необычной галактикой, ставшей похожей на гигантскую "змею" в результате ее искривления гравитационной линзой, помогли астрономам узнать, как формировались одни из первых звезд в юной Вселенной, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. "Мы давно предполагали, что гигантские скопления газа длиной в тысячи световых лет, где рождались первые звезды Вселенной, на самом деле состояли из множества мелких и не связанных между собой "звездных яслей". Нам невероятно повезло, что мы смогли подтвердить эти предположения при помощи снимков, полученных благодаря "космической змее", — рассказывает Валентина Тамбурелло (Valentina Tamburello) из университета Цюриха (Швейцария). Считается, что любое скопление материи большой массы, в том числе и темной, взаимодействует со светом и заставляет его лучи искривляться, как это делают обычные оптические линзы. Такой эффект ученые называют гравитационным линзированием. В некоторых случаях искривление пространства помогает астрономам увидеть сверхдалекие объекты – первые галактики Вселенной и их ядра-квазары — которые были бы недоступны для наблюдения с Земли без гравитационного "увеличения".

Если два квазара, галактики или других объекта расположены друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересная вещь – свет более далекого объекта расщепится при прохождении через гравитационную линзу первого. Из-за этого мы увидим не два, а пять ярких точек, четыре из которых будут световыми "копиями" более далекого объекта.

Подобная структура часто называется "Эйнштейновским крестом" из-за того, что ее существование предсказывается теорией относительности. Что самое важное, эта же теория говорит, что каждая копия объекта будет представлять собой "фотографию" квазара, галактики или сверхновой в разные периоды их жизни из-за того, что их свет тратил разное количество времени на выход из гравитационной линзы.

Одним из самых ярких примеров подобных линз является скопление галактик MACSJ1206 в созвездии Девы, больше известное среди астрономов под названием "космическая змея". Оно получило такое имя из-за того, что притяжение этой группы "звездных мегаполисов" искривляет свет еще более далекой галактики таким образом, что она превратилась в полоску света, похожую на гигантскую змею.

Ее "зеркальные" отражения, как заметили Тамбурелло и ее коллеги, имеют нормальную, неискаженную форму, что позволило ученым использовать эту "змею" для изучения того, как устроены звездные ясли в древней галактике, и проверить популярные сегодня теории о том, что пыль и газ вели себя в "юной" Вселенной совсем не так, как сегодня.

Дело в том, что снимки других гравитационных линз, полученные при помощи "Хаббла", показали, что подобные галактики состоят из нескольких гигантских "звездных яслей" шириной в тысячи световых лет и массой в миллиарды Солнц, внутри которых формируются причудливые гигантские звезды, почти полностью состоящие из чистого водорода. Ни подобные скопления газа, ни такие светила не существуют сегодня в принципе, что заставило многих космологов считать, что в ранней Вселенной могли господствовать совсем другие условия, чем сейчас.

Как показали наблюдения за "копиями" увеличенной галактики, на самом деле это не совсем так – гигантские облака газа, найденные "Хабблом", на самом деле представляют собой десятки крупных "звездных яслей" длиной в 60-90 световых лет, расположенных близко друг к другу. Их масса гораздо скромнее – они тяжелее Солнца лишь в десятки миллионов, а не в миллиарды раз.

Как признают исследователи, это также трудно объяснить при помощи современных теорий эволюции галактик, но они тоже могут быть разделены на множество мелких объектов, которые мы пока не видим. С другой стороны, это никак не объясняет того, почему внутри этих скоплений наблюдается запредельно высокая плотность и скорость формирования звезд.

Новое поколение наземных телескопов, таких как европейский E-ELT и скандальный американский TMT, как надеются Тамбурелло и ее коллеги, поможет проверить это предположение и полностью раскрыть загадку того, почему в этих галактиках новые светила формировались в сотни и тысячи раз быстрее, чем рождаются звезды в Млечном Пути сегодня.

Скопление галактик Abell 370

Abell 370 - скопление галактик находится примерно в 6 миллиардах световых лет от Земли в созвездии Кита. Его ядро ​​состоит из нескольких сотен галактик. Впервые этот объект наблюдал и внес в свой каталог Джордж Абель. На сегодняшний день это один из самых известных кластеров галактик. Кластер оказался гигантским «естественным телескопом», через гравитационную линзу которого удалось разглядеть ещё более далёкий космический объект. Оказывается, что изображение Abell 370 содержит несколько световых дуг, которые на самом деле только миражом или изображением еще более отдаленных объектов расфокусированного гравитационной линзой благодаря массивному ядру кластера галактик Abell 370. Кластер Abell 370 — это колоссальная структура на окраине видимой вселенной, состоящая из сотен галактик.

 Первые снимки кластера появились в середине восьмидесятых; тогда астрономы заметили на них гигантскую яркую структуру в форме арки. Учёные решили, что арка — это не реально существующий астрономический объект, а эффект гравитационной линзы: огромная масса кластера галактик меняет направление распространения электромагнитных волн. Попав в гравитационную линзу, свет, исходящий из галактики, находящейся от Земли вдвое дальше, чем сам кластер, меняет направление так же, как меняет направление свет в обычной линзе.

Эта открытая галактика получила название HCM-6A, расположена на расстоянии 12800000000 световых лет от Земли. В то время она была известна как отдаленная галактика. 

Колоссальная гравитация кластера Abell 370 создала настоящее окно в раннее детство вселенной. Изображение спиральной галактики в линзе кластера позволяет судить о том, как эта галактика выглядела всего через несколько миллионов лет после Большого Взрыва.

Снимок был сделан в рамках программы Frontier Fields, изучающей самые удалённые астрономические объекты. Исследуя галактики, удалённые от нашей на миллиарды световых лет, учёные пытаются заглянуть в далёкое прошлое вселенной до того, как зажглась большая часть звёзд.

В 2009 г.., Изучая поле Abell 370 астрономы обнаружили группировки далеких галактик искаженных кластером галактик благодаря эффекту гравитационной линзы в дугу, напоминает дракона. Соответственно эта группа очень далеких галактик получила от ученых NASA наименование Дракон. В голове и хвосте дракона содержится по спиральной галактике. Несколько галактик, формирующие тело дракона, перекрывают друг друга. Все эти галактики расположены примерно в 10 миллиардов световых лет от Земли.

Изучение больших галактических кластеров помогает измерить распределение во Вселенной нормальной и тёмной материи. К примеру, гравитационная линза, образованная кластером Abell 370, свидетельствует о том, что в кластере присутствует два дискретных облака тёмной материи. Это, в свою очередь, проливает свет на историю самого кластера, который мог возникнуть в результате слияния двух скоплений галактик поменьше.

В 2028 г. планеты в системе Альфа Центавра будут видны с Земли «как на ладони»

Очень редкое событие гравитационного линзирования, которое, предположительно, произойдет в 2028 г., было предсказано командой французских астрономов под руководством Пьера Кервелла (Pierre Kervella) из Национального центра научных исследований (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS) Франции. Это событие даст идеальную возможность провести поиски планет вокруг близлежащих звезд. Используя как новые, так и архивные данные, полученные при помощи целого ряда телескопов Европейской южной обсерватории, эта команда предсказала траектории быстродвижущегося звездного дуэта, известного как А и B Альфа Центавра с ничтожно малой ошибкой. Это позволило авторам работы предсказать все значимые для наблюдений конфигурации между этими звездами системы Альфа Центавра и соседними с ними на небе звездами вплоть до 2050 г.

Среди этих конфигураций особое значение имеет событие гравитационного линзирования, которое должно состояться в 2028 г. Феномен гравитационного линзирования состоит в том, что свет, идущий от далекой звезды, при прохождении рядом с массивной звездой, лежащей на переднем плане, начинает двигаться по искаженной траектории, характер и степень искажения которой определяется гравитацией объекта, лежащего на переднем плане. В 2028 г. в гравитационную линзу превратится звезда Альфа Центавра А, которая даст возможность наблюдать увеличенное изображение звезды, лежащей далеко на заднем планет и носящей обозначение S5. В мае 2028 г. даже с большой вероятностью будет наблюдаться яркое кольцо Эйнштейна вокруг звезды Альфа Центавра А, говорят исследователи. Все это позволит хорошо изучить свойства системы звезды-гравитационной линзы, то есть системы Альфа Центавра. Это имеет особенно большое значение в свете недавнего открытия планеты Проксимы b, обращающейся вокруг третьей по счету звезды системы Альфа Центавра - Проксимы Центавра.

Обнаружен древнеегипетский «глаз Гора» в космосе

Это небесное тело представляет собой наибольшую и захватывающую гравитационную линзу. Представитель национальной астрономической обсерватории Японии Масаюки Танака сообщил, что открытие произошло во время изучения фотографий с камер HSC. Изначально они обратили внимание на кольцеобразную галактику, в которой были видны следы сильной гравитационной линзы. Также он отметил, что все стало возможным лишь благодаря качественным снимкам, полученных из телескопа «Субару».

Танака является не только ученым, но и преподавателем курсов вводной астрономии для школьников и студентов. Во время своих занятий он часто приводит в пример фото с телескопа, которые стали уже основой его курса обучения.

Во время очередного занятия школьники обратили внимание на уникальный объект, который они прозвали как «глаз Гора» в связи со своей схожестью с символом правителя Древнего Египта. Это обычная гравитационная линза, которая удалена на расстояние в 7 миллиардов световых лет в направление созвездия Девы. Ее породила галактика HSC J142449−005322, масса которой в 700 миллиардов раз больше Солнца. В связи с искривлением плотности и удается запечатлеть качественные снимки.

Благодаря такому явлению удалось увидеть и еще две галактики, расположенные на расстоянии в 9 и 10,5 миллиардов лет. Специалисты отмечают, что обнаружить их удалось только благодаря плотности, созданной линзой.

Двойная структура и необычная форма «глаза Гора» объясняются тем, что совместно с двумя другими галактиками они образовали единый ряд, что и образовало двойное наложение галактик друг на друга.

Астрономы наблюдают сверхновую, четырежды увеличенную гравитационной линзой

SN Refsdal представляет собой необычную сверхновую, наблюдаемую в пределах скопления галактик MACS J1149+2223. Открытый в ноябре 2014 г. при помощи космического телескопа «Хаббл», этот объект является первой сверхновой, которая наблюдалась несколько раз при помощи явления гравитационного линзирования. Теперь международная команда астрономов опубликовала работу, подводящую итог наблюдениям, проводившимся при помощи «Хаббла» в течение одного года.

Более года назад четыре снимка сверхновой SN Refsdal были сделаны при помощи космического телескопа «Хаббл» в рамках программы Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS). Основной целью этой программы является получение инфракрасных спектров массивных скоплений галактик для изучения тусклых, имеющих высокое или среднее красное смещение галактик, а также для характеристики самого скопления галактик. Снимки, полученные при помощи «Хаббла» демонстрируют SN Refsdal как яркий источник света, расположенный в рукаве спиральной галактики, которая находится далеко позади другой галактики, также расположенной на пути между этой сверхновой и нашей планетой. Яркость SN Refsdal как фонового источника света значительно возрастает за счет гравитационного линзирования, осуществляемого галактиками и скоплением галактик, причем масса последнего настолько велика, что оказывается возможным получение множественного изображения сверхновой SN Refsdal.

В новой работе ученые во главе со Стивеном А. Родни из Университета Южной Каролины, США, предсказавшие ранее повторное появление этой сверхновой на снимках, сделанных «Хабблом» – которое подтвердилось в декабре 2015 г. – открывают, что сверхновая SN Refsdal относится к тому же редкому классу сверхновых, носящему название Тип II, что и знаменитая сверхновая SN 1987A. Также исследователи определяют в этой работе времена задержки между прибытиями света, идущего от сверхновой SN Refsdal. Согласно результатам этого исследования задержка прибытия света между первым и четвертым снимками составляет примерно 26 дней.