Teleskop Jamesa Webba dostrzegł pierwszy „zygzak Einsteina”. Czym jest to zjawisko?
Dzięki możliwościom Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba (JWST) astronomowie odkryli pierwszy „zygzak Einsteina”. Jest to obraz kwazara, który został powielony sześciokrotnie w jednym zdjęciu. Zjawisko to powstało dzięki efektowi grawitacyjnego soczewkowania, po raz pierwszy opisanemu przez Alberta Einsteina w 1915 roku.
Spis treści:
- Skąd bierze się „zygzak Einsteina”?
- Szansa na zmierzenie parametrów kosmologicznych
- Co jest wyjątkowego w J1721+8842?
- Kryzys kosmologiczny
- Czy jest napięcie Hubble’a?
„Zygzak Einsteina” to rzadkie zjawisko w astronomii, które właśnie zostało po raz pierwszy zaobserwowane przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Jest to jeden z przypadków soczewkowania grawitacyjnego, czyli efektu zakrzywienia światła przez masywne obiekty, takie jak galaktyki. Działają one jak gigantyczne soczewki, zginając i powielając obrazy odległych obiektów, takich jak kwazary.
Skąd bierze się „zygzak Einsteina”?
„Zygzak Einsteina” to takie ułożenie, w którym obraz jednego obiektu jest powielany w sposób tworzący charakterystyczny kształt przypominający zygzak. Powstaje to w wyniku bardzo precyzyjnego wyrównania dwóch galaktyk, które działają jak soczewki, oraz kwazara, którego światło jest zginane przez te galaktyki. Właśnie to zaobserwował JWST w odległym systemie gwiezdnym.
System, w którym pojawiło się zjawisko zygzaka oznaczony został jako J1721+8842. Składa się z niezwykle jasnego jądra galaktycznego (kwazara). Jego światło zostało zagięte przez dwie odległe, podobnej wielkości galaktyki. To rzadkie zjawisko nie tylko stanowi przykład zakrzywienia czasoprzestrzeni, ale ma także wyjątkowe właściwości, których nie posiadają standardowe soczewki grawitacyjne.
Szansa na zmierzenie parametrów kosmologicznych
– To nie tylko fascynujące zjawisko, ale także ogromna szansa na dokładne zmierzenie parametrów kosmologicznych. Ten układ soczewek pozwala na wyjątkowe ograniczenie zarówno stałej Hubble’a, jak i parametrów ciemnej energii – powiedział jeden z autorów odkrycia, kosmolog z Uniwersytetu Stanforda Martin Millon.
Ale w jaki sposób? Zacznijmy od tego, że teoria względności Einsteina mówi, iż masywne obiekty zakrzywiają czasoprzestrzeń, przez co światło z obiektów znajdujących się za nimi zmienia swój tor. Właśnie na tym polega soczewkowanie grawitacyjne. W tym konkretnym przypadku światło z odległego kwazara, przechodzi przez silne pole grawitacyjne masywnej galaktyki (lub ich układu), co powoduje zakrzywienie toru światła. W wyniku tego obiekt może być widoczny w kilku miejscach jednocześnie w jednym obrazie. Istnieją różne formy soczewek grawitacyjnych, w tym tzw. pierścienie Einsteina i krzyże Einsteina.
Co jest wyjątkowego w J1721+8842?
Kwazar J1721+8842 został po raz pierwszy zidentyfikowany w 2017 roku za pomocą teleskopu Pan-STARRS. Początkowo wydawało się, że został powielony czterokrotnie. Jednak dzięki czułości JWST odkryto, że światło kwazara jest soczewkowane aż sześciokrotnie.
Najbliższa galaktyka w układzie znajduje się w odległości 2,3 miliarda lat świetlnych, podczas gdy dalsza galaktyka – 10 miliardów lat świetlnych. Sam kwazar znajduje się około 11 miliardów lat świetlnych od Ziemi. – To bardzo rzadkie zjawisko – występuje raz na 50 tys. przypadków soczewkowanych kwazarów. A takich znamy zaledwie 300!– mówi Frédéric Dux, główny autor badania z EPFL Laboratory of Astrophysics.
Kryzys kosmologiczny
Odkrycie może pomóc w dokładniejszym pomiarze stałej Hubble’a. Jest to kluczowe w obliczu tzw. „napięcia Hubble’a” – różnic w wartościach tej stałej uzyskiwanych na różne sposoby.
Zdaniem Millona odkrycie J1721+8842 może pomóc naukowcom odpowiedzieć na dwie kluczowe zagadki. Po pierwsze, ciemnej energii – tajemniczej siły odpowiadająca za przyspieszającą ekspansję Wszechświata, która stanowi około 70% całkowitej energii i materii kosmosu. A po drugie, wspomnianej stałej Hubble’a – wartości określającej tempo rozszerzania się Wszechświata, której pomiary różnią się w zależności od metodologii.
– Do tego typu analiz można wykorzystać większość soczewkowanych, znanych nam kwazarów. Ale w tym wypadku fakt, że J1721+8842 ma dwie różne soczewki, sprawia, że model soczewkowania jest znacznie lepiej ograniczony, a niepewność wartości stałej Hubble’a będzie mniejsza – powiedział Frédéric Dux. – Jest to bardzo interesujące w czasach, gdy kosmologia znajduje się w potencjalnym kryzysie z powodu tego, co nazywamy napięciem Hubble’a.
Czy jest napięcie Hubble’a?
Napięcie Hubble’a wynika z faktu, że pomiar stałej Hubble’a w bardzo wczesnym Wszechświecie i ekstrapolacja ewolucji tej wartości do przodu przez 13,8 miliarda lat kosmicznej historii (przy użyciu najlepszego modelu kosmologicznego) powinna prowadzić do tej samej wartości, którą astronomowie mierzą podczas obserwacji lokalnego wszechświata. Czyli mierzą stałą Hubble’a w jego obecnym wieku. Istnieje jednak silna rozbieżność między tymi dwoma wynikami.
– W obu przypadkach mogą występować błędy pomiarowe, więc zanim ogłosimy definitywny kryzys, musimy nadal szukać potencjalnych błędów i udoskonalać nasze pomiary – twierdzi Dux. Choć JWST był kluczowym instrumentem w odkryciu J1721+8842, do poszukiwania podobnych układów lepiej nadają się przeglądy całego nieba, takie jak Euclid, Pan-STARRS czy przyszły teleskop Very Rubin Observatory LSST.
Obserwatorium Very Rubin, ma zostać otwarte już w przyszłym roku. Według jego twórców, zrewolucjonizuje ono astronomię dzięki swoim unikatowym możliwościom obserwacyjnym, oferując najdokładniejsze mapowanie Wszechświata.
Źródło: Space.com
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.