Величезна гравітація скупчення далеких галактик змушує простір викривлятися так сильно, що світло від них теж викривляється і приходить до нас з багатьох сторін. Цей ефект «гравітаційного лінзування» дозволив астрономам з Копенгагенського університету спостерігати одну й ту саму зірку в трьох різних місцях на небі. Вони передбачають, що четверте зображення тієї ж наднової з'явиться в небі до 2037 року. Дослідження, нещодавно опубліковане в журналі Nature Astronomy, дає унікальну можливість досліджувати не тільки саму наднову, але і розширення нашого Всесвіту.
Один з найбільш захоплюючих аспектів знаменитої теорії відносності Ейнштейна полягає в тому, що гравітація більше описується не як сила, а як «викривлення» самого простору. Викривлення простору, викликане важкими об'єктами, не тільки змушує планети обертатися навколо зірок, але також може викривляти траєкторію руху світлових променів.
Найважчі зі всіх структур у Всесвіті - скупчення галактик, що складаються з сотень або тисяч галактик - може настільки сильно відхиляти світло від далеких галактик, що здається, що вони знаходяться в зовсім іншому місці, ніж вони є насправді.
Але це не зовсім так: світло може проходити кількома шляхами навколо скупчення галактик, що дозволяє астрономам зробити два або більше спостереження однієї і тієї ж галактики в різних місцях неба за допомогою потужного телескопа.
Деякі маршрути світла навколо скупчення галактик довші за інші і, отже, займають більше часу. Чим повільніше маршрут, тим сильніша гравітація; ще один вражаючий наслідок теорії відносності. Це впливає на кількість часу, необхідне для того, щоб світло досягло нас, і, отже, можна отримати різні зображення об'єктів, які ми бачимо.
Цей чудовий ефект дозволив групі астрономів спостерігати одну галактику не менш ніж у чотирьох різних місцях на небі. Спостереження проводилися в інфрачервоному діапазоні за допомогою космічного телескопа Хаббл.
Аналізуючи дані Хаббла, дослідники відзначили три яскравих джерела світла у фоновій галактиці, які були очевидні в попередній серії спостережень в 2016 році, і які зникли, коли Хаббл повторно спостерігав цю область в 2019 році. Ці три джерела виявилися кількома зображеннями однієї зірки, життя якої закінчилося колосальним вибухом, відомим як наднове.
"Зірка вибухнула 10 мільярдів років тому, задовго до утворення нашого Сонця. Спалах світла від цього вибуху щойно досяг нас ", - пояснює Габріель Браммер, який керував дослідженням.
Наднову на прізвисько «SN-Requiem» можна побачити на трьох із чотирьох «дзеркальних зображень» галактики. Кожне зображення являє собою різний погляд на розвиток наднової зірки. На останніх двох зображеннях вона ще не вибухнула. Але, досліджуючи, як галактики розподілені в скупченні галактик і як ці зображення спотворюються викривленим простором, насправді можна вирахувати, наскільки ці зображення «запізнюються».
Це дозволило астрономам зробити чудове передбачення: «Четверте зображення галактики відстає приблизно на 21 рік, що повинно дозволити нам побачити вибух надновий ще раз, приблизно в 2037 році», - пояснює Габріель Браммер.
Якщо ми станемо свідками вибуху SN-Requiem в 2037 році, це не тільки підтвердить наше розуміння гравітації, але і допоможе пролити світло на іншу космологічну загадку, що виникла в останні кілька років, а саме на розширення нашого Всесвіту.
Ми знаємо, що всесвіт розширюється, і що різні методи дозволяють нам виміряти, наскільки швидко це відбувається. Проблема в тому, що різні методи вимірювання дають різні результати, навіть якщо взяти до уваги похибки вимірювання. Чи можуть наші методи спостережень бути помилковими, або, що більш цікаво, нам потрібно буде переглянути наше розуміння фундаментальної фізики і космології?
"Розуміння структури Всесвіту стане головним пріоритетом для основних наземних обсерваторій і міжнародних космічних організацій протягом наступного десятиліття. Заплановані на майбутнє дослідження охоплять більшу частину неба і, як очікується, виявлять десятки або навіть сотні рідкісних гравітаційних лінз зі надновими, такими як SN Requiem ", - уточнює Габріель Браммер.
«Точні вимірювання затримок від таких джерел забезпечать унікальні та надійні визначення космічного розширення і можуть навіть допомогти виявити властивості темної матерії і темної енергії».
Темна матерія і темна енергія - це таємнича матерія, яка, як вважається, становить 95% нашого Всесвіту, тоді як ми можемо бачити тільки 5%. Тому перспективи гравітаційних лінз багатообіцяючі.
Дослідження було опубліковано в Nature Astronomy.