Obrovská kupa galaxií zosilňuje svetlo zo vzdialenej supernovy a rozdeľuje ho na viacero obrazov
Ľudia sa po stáročia nevyhýbajú predpovediam o budúcnosti. Niektorí z nich si však svoje prognózy mali nechať pre seba. Napríklad prezident Michiganskej sporiteľne v roku 1903 predpovedal, že kôň zvíťazí ako štandardný dopravný prostriedok. Auto bolo podľa neho len módnou módou. Vynálezca Thomas Edison veril, že v 21. storočí budú všetky domáce potreby vyrobené z ocele, vrátane detskej postieľky. A v roku 1946 filmár Darryl Zanuk oznámil, že začínajúce televízne médium nebude fungovať, pretože nikto nechcel vidieť obrázky v drevených škatuliach.
Tieto prognózy môžu zlyhať, ale existuje predpoveď, ktorú si môžete poznačiť do kalendára. Záznam o zániku sekvencie supernovy okolo roku 2037 bude viditeľný v hlbokom vesmíre.
Retransmisiu má na svedomí masívna kupa galaxií, ktorá žije pred ďalekou supernovou, ktorej svetlo putuje 10 miliardami rokov do vesmíru, aby sa dostalo na Zem. Silná gravitácia masívnej hviezdokopy funguje ako veľký astronomický zoomový objektív, ktorý zväčšuje a deformuje svetlo zo supernovy a rozdeľuje ho na viacero kópií. Tri zrkadlové obrazy Supernova Requiem videli Hubblov vesmírny teleskop roztrúsené po klastri oblúkovým vzorom. Každý obrázok je momentkou svetla supernovy v rôznych časoch po explozívnej udalosti.
Nový objav je tretím príkladom veľmi očakávanej supernovy, pre ktorú môžu astronómovia skutočne zmerať oneskorenie v čase príchodu.
Ak budú trpezliví, zhruba o 16 rokov dostanú štvrtú kópiu roztrhnutej hviezdy.
Teraz ich vidíte, teraz nie. Na snímke z roku 2016 vľavo, ktorú urobil Hubbleov vesmírny teleskop, sú tri pohľady na rovnakú supernovu. Ale oni sa presťahovali do obrazu 2019. Vzdialená supernova s názvom Requiem je vložená do obrovskej kupy galaxií MACS J0138. Klastr je taký masívny, že jeho silná gravitácia ohýba a zväčšuje svetlo zo supernovy nachádzajúcej sa v galaxii za ním. Tento jav sa nazýva gravitačné šošovky a rozdeľuje svetlo supernovy na viacero zrkadlových obrazov, ktoré sú na obrázku 2016 zvýraznené bielymi kruhmi. Toľko oslavovaná supernova zmizne napravo od toho istého klastra na obrázku v roku 2019. Snímky urobené v roku 2019 pomohli astronómom potvrdiť líniu objektu. Supernovy časom vybuchnú a vyblednú. Vedci predpovedajú, že rovnakú supernovu uvidíme opäť v roku 2037. Približná poloha tohto štvrtého obrázku je zvýraznená žltým kruhom vľavo hore. Svetlo zo Supernova Requiem si na svoju cestu vyžiadalo odhadom 10 miliárd rokov v závislosti od vzdialenosti od svojej hostiteľskej galaxie. Svetlu, ktoré Hubble zachytil z klastra MACS J0138.0-2155, trvalo asi štyri miliardy rokov, kým sa dostalo na Zem. Snímky nasnímala Hubbleova širokouhlá kamera 3 v blízkom infračervenom svetle.
Kredity: Hlavný autor: Steve A. Rodney (University of South Carolina), Gabriel Brammer (Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen), Spracovanie obrazu: Joseph DePascale (STSCI)
Vytváranie predpovedí je náročné, najmä v astronómii. Existujú však určité predpovede, na ktoré sa astronómovia môžu spoľahnúť, napríklad načasovanie nadchádzajúcich zatmení Mesiaca a Slnka a hodinový návrat niektorých komét.
Teraz, keď sa astronómovia pozerajú ďaleko za slnečnú sústavu, pridali presvedčivú predpoveď udalosti hlboko v medzigalaktickom priestore: obraz explodujúcej hviezdy, nazývanej supernova requiem, ktorá sa objaví okolo roku 2037. Táto retransmisia však nebude viditeľná. Voľným okom by to mali vidieť niektoré budúce teleskopy.
Ukazuje sa, že tento budúci vzhľad bude štvrtým známym pohľadom na rovnakú supernovu, ktorý bude zväčšený, rozjasnený a rozdelený na samostatné obrázky pomocou rozsiahlej poprednej kupy galaxií, ktoré pôsobia ako kozmický zoom. Tri obrázky supernovy boli prvýkrát získané z archívnych údajov nasnímaných v roku 2016 NASAHubblov vesmírny teleskop.
Mnoho zo snímok je vytvorených silnou gravitáciou kupy galaxií monštier, ktorá narúša a zväčšuje svetlo zo supernovy, čo je efekt známy ako gravitačné šošovky. Prvýkrát to predpovedal Albert Einstein, účinok je podobný účinku sklenenej šošovky, ktorá ohýba svetlo a zväčšuje tak obraz vzdialeného objektu.
Obrázky supernovy s tromi šošovkami, viditeľné ako malé bodky zachytené na Hubbleovom snímku, predstavujú svetlo z výbušných následkov. Body sa líšia jasom a farbou, čo naznačuje tri odlišné fázy erupcie, ktoré v priebehu času chladnú.
Táto animácia ukazuje, že svetlo zo supernovy Requiem, ktorá explodovala asi pred 10 miliardami rokov, rozdelila obrovská skupina popredných galaxií na viacero obrazov. Svetlo zo supernovy putuje k Zemi miliardy svetelných rokov, keď sa pohybuje cez obrovskú kupu galaxií. Silná gravitácia klastra deformuje štruktúru priestoru reprezentovaného mriežkou. Gravitácia galaktického zoskupenia zosilňuje, rozjasňuje a rozdeľuje svetlo supernovy na viacero zŕn, ktoré sa objavili na snímke Hubbleovho vesmírneho teleskopu z roku 2016. Časť svetla z vybuchnutej hviezdy však putuje dlhú cestu k Zemi. Prechádza strednou oblasťou klastra, kde je gravitácia najsilnejšia. Kombinácia gravitačného ťahu a dlhého prechodu priestorom spomaľuje svetlo a oneskoruje jeho príchod na Zem asi o 16 rokov. Vedci tento jav prirovnali k vlaku, ktorý zostúpil do hlbokého údolia a teraz stúpa do strmého kopca, aby z neho vystúpil. Podľa predpovedí sa toto svetlo dostane na Zem v roku 2037. Kredity: NASA, ESTEC, STScI, Greg T. Bacon (STScI)
„Tento nový objav je tretím príkladom vysoko pozorovanej supernovy, u ktorej môžeme skutočne merať oneskorenie v čase príchodu,“ vysvetľuje vedúci výskumník Steve Rodney z University of South Carolina v Columbii. „Je to najvzdialenejší z týchto troch a odhadované zdržanie je mimoriadne dlhé. Budeme sa môcť vrátiť a vidieť konečný príchod, ktorý predpovedáme v roku 2037, plus mínus niekoľko rokov.“
Svetlu, ktoré Hubble zachytil z klastra MACS J0138.0-2155, trvalo asi štyri miliardy rokov, kým sa dostalo na Zem. Svetlo zo Supernova Requiem si na svoju cestu vyžiadalo odhadom 10 miliárd rokov v závislosti od vzdialenosti od svojej hostiteľskej galaxie.
Predikcia tímu o návrate supernovy je založená na počítačovom modeli klastra, ktorý popisuje rôzne cesty svetla supernovy bludiskom hrudkovitej temnej hmoty v galaktickom zoskupení. Temná hmota je neviditeľný materiál, ktorý obsahuje väčšinu hmoty vo vesmíre a je lešením, na ktorom sa tvoria galaxie a galaktické zhluky.
Každý zväčšený obrázok prechádza inou cestou klastrom a prichádza na Zem v inom čase, čiastočne kvôli rozdielu v dĺžke dráh, po ktorých nasleduje svetlo supernovy.
„Kedykoľvek nejaké svetlo prejde blízko veľmi hmotného objektu, akým je napríklad galaxia alebo kupa galaxií, časopriestorový zvrat, o ktorom nám Einsteinova teória všeobecnej relativity hovorí, že existuje pre akúkoľvek hmotu, čo spomaľuje pohyb svetla okolo hmoty,“ povedal Rodney. .
Porovnáva rôzne svetelné dráhy supernovy s viacerými vlakmi, ktoré odchádzajú zo stanice súčasne, pričom všetky cestujú rovnakou rýchlosťou a smerujú na rovnaké miesto. Každý vlak však ide inou trasou a vzdialenosť jednotlivých trás nie je rovnaká. Pretože vlaky cestujú v rôznych dĺžkach koľají v rôznych oblastiach, neprichádzajú do cieľa súčasne.
Obraz supernovy s šošovkami, predpovedaný na rok 2037, zaostáva za inými obrazmi tej istej supernovy, pretože jeho svetlo prechádza priamo stredom klastra, kde sa nachádza najhustejšie množstvo temnej hmoty. Masívna hmotnosť klastra ohýba svetlo, čo spôsobuje dlhšie časové oneskorenie. „Je to posledný, kto príde, pretože je to ako vlak, ktorý musí ísť hlboko do kaňonu a znova vystúpiť. Toto je najpomalší spôsob cesty za svetlom,“ vysvetlil Rodney.
Snímky supernovy s šošovkami objavili v roku 2019 spoluautor štúdie Gabe Brammer z centra Cosmic Dawn Center na Inštitúte Nielsa Bohra Univerzity v Kodani v Dánsku. Braemar pozoroval odrazené obrazy supernov pri analýze vzdialených galaxií zväčšených masívnymi kupami galaxií v popredí ako súčasť prebiehajúceho Hubblovho programu s názvom Vyriešené pokojové zväčšené galaxie (REQUIEM).
Porovnával nové údaje REQUIEM z roku 2019 s archívnymi snímkami urobenými v roku 2016 z iného vedeckého programu Hubble. V údajoch z roku 2016 mu padol do oka malý červený predmet, ktorý pôvodne považoval za vzdialenú galaxiu. Ale v roku 2019 fotografie zmizli.
„Potom som však pri ďalšej kontrole údajov za rok 2016 videl, že v skutočnosti existujú tri zväčšené objekty, dva červené a jeden purpurový,“ vysvetlil. „Každý z týchto troch objektov bol spojený s šošovkovitým obrazom vzdialenej obrovskej galaxie. To mi okamžite napovedalo, že nejde o vzdialenú galaxiu, ale v skutočnosti o prechodný zdroj systému, ktorý sa objavil na snímkach z roku 2019. Vybledol. ako žiarovka, ktorá bola vypnutá. “
Brammer sa spojil s Rodneym a vykonal ďalšiu analýzu systému. Snímky supernovy s šošovkami sú usporiadané v oblúku okolo jadra klastra. Vyzerajú ako malé bodky v blízkosti škvrnitých oranžových prvkov, ktoré sú považované za zväčšený záber hostiteľskej galaxie supernovy.
Spoluautor štúdie Johann Richard z Univerzity v Lyone vo Francúzsku vytvoril mapu množstva temnej hmoty v zhluku, ktorá bola odhadnutá z šošoviek, ktoré vytvorila. Mapa zobrazuje približné polohy objektívov s šošovkami. Podľa predpovedí sa táto supernova znova objaví v roku 2042, ale bude taká slabá, že si výskumný tím myslí, že nebude viditeľná.
Zachytenie opakovaní výbušnej udalosti pomôže astronómom zmerať časové oneskorenie medzi všetkými štyrmi snímkami supernovy a poskytne stopy pre typ terénu v skreslenom priestore, ktorý pokrýva svetlo explodujúcej hviezdy. Vďaka týmto meraniam môžu vedci doladiť modely, ktoré mapujú hmotnosť klastra. Vyvíjanie presných máp temných hmôt obrovských galaxií je ďalším spôsobom, akým môžu astronómovia merať rýchlosť rozpínania vesmíru a skúmať povahu temnej energie, záhadnej formy energie, ktorá pôsobí proti gravitácii a urýchľuje vesmír. Spôsobuje, že sa rýchlosť rozpína .
Rodney vysvetlil, že táto časozberná metóda je cenná, pretože je to priamejší spôsob merania rýchlosti rozpínania vesmíru. „Tieto dlhé časové oneskorenia sú obzvlášť cenné, pretože môžete získať dobrú a presnú mieru tohto časového oneskorenia, ak budete trpezliví a v tomto prípade budete čakať viac ako desať rokov, kým sa konečný obrázok vráti.“ For, ”povedal. „Toto je úplne nezávislý spôsob výpočtu rýchlosti expanzie vesmíru. Skutočná hodnota v budúcnosti použije na zvýšenie presnosti väčšiu vzorku.“
Spozorovanie snímok supernov šošovkami bude v priebehu nasledujúcich 20 rokov stále bežnejšie, s uvedením rímskeho vesmírneho teleskopu Nancy Grace NASA a operáciou na observatóriu Vera C. Rubina. Oba teleskopy budú pozorovať veľké časti oblohy, čo im umožní spozorovať ďalšie desiatky viacnásobných supernov.
Budúce teleskopy ako NASA Vesmírny teleskop Jamesa Webba Môže tiež detekovať svetlo zo supernovy Requiem v iných obdobiach výbuchu. Výsledky tímu budú zverejnené 13. septembra v časopise prírodná astronómia.
Referencia: Steven A. Rodney, Gabriel B. Brammer, Justin DR Pearle, Johann Richard, Sune Toft, Kyle F. „Supernova s gravitačnou šošovkou s pozorovateľným oneskorením dvoch desaťročí“ od O’Connora, Mohameda Akhshika a Catherine E. Whitaker, 13. septembra 2021, prírodná astronómia.
DOI: 10,1038/s41550-021-01450-9
Hubbleov vesmírny teleskop je projekt medzinárodnej spolupráce medzi NASA a ESA (Európska vesmírna agentúra). Teleskop riadi Goddardovo vesmírne letové stredisko NASA v Greenbelte v Marylande. Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimore, Maryland, vykonáva vedecké operácie Hubbleovho teleskopu. STScI do NASA vo Washingtone, DC. je vedená Asociáciou univerzít pre výskum astronómie v
