Огромная гравитация от скопления далеких галактик заставляет пространство искривляться так сильно, что свет от них изгибается и прилетает в нашу сторону со многих направлений. Этот эффект «гравитационного линзирования» позволил астрономам Копенгагенского университета наблюдать одну и ту же взрывающуюся звезду в трех разных местах на небе.

Они предсказывают, что четвертое изображение того же взрыва появится в небе к 2037 году. Исследование, которое только что было опубликовано в журнале Nature Astronomy, предоставляет уникальную возможность исследовать не только саму сверхновую, но и расширение нашей Вселенной.

Одним из самых увлекательных аспектов знаменитой теории относительности Эйнштейна является то, что гравитация больше описывается не как сила, а как «искривление» самого пространства. Искривление пространства, вызванное тяжелыми объектами, не только заставляет планеты вращаться вокруг звезд, но и может искривлять орбиту световых лучей.

Самая тяжелая из всех структур во Вселенной — скопления галактик, состоящие из сотен или тысяч галактик, — может так сильно искривлять свет от далеких галактик позади себя, что они кажутся находящимися в совершенно другом месте, чем они есть на самом деле.

Но это не так: свет может проходить по нескольким траекториям вокруг скопления галактик, что дает нам шанс сделать несколько наблюдений одной и той же галактики в разных местах на небе с помощью мощного телескопа.

Дежавю сверхновой

Некоторые маршруты вокруг скопления галактик длиннее, чем другие, и поэтому занимают больше времени. Чем медленнее маршрут, тем сильнее гравитация; еще одно удивительное следствие теории относительности. Это изменяет количество времени, необходимое для того, чтобы свет достиг нас, и, следовательно, мы получаем различные образы, которые мы видим.

Этот удивительный эффект позволил команде астрономов из Космического центра Рассвет (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 одну галактику не менее чем в трех разных местах на небе.

Наблюдения проводились с использованием инфракрасного диапазона длин волн космического телескопа Хаббла.

Анализируя данные с Хаббла, исследователи отметили три ярких источника света в фоновой галактике, которые были видны в предыдущем наборе данных с 2016 года, которые исчезли, когда Хаббл вновь посетил этот район в 2019 году. Эти три источника оказались несколькими изображениями одной звезды, жизнь которой закончилась колоссальным взрывом, известным как сверхновая.

«Звезда взорвалась 10 миллиардов лет назад, задолго до того, как сформировалось наше собственное Солнце. Вспышка света от этого взрыва только что достигла нас», — объясняет доцент Габриэль Браммер из Космического центра Рассвет, который руководил исследованием вместе с профессором Стивеном Родни из Университета Южной Каролины.

Сверхновая, получившая прозвище «SN-Requiem», видна на трех из четырех «зеркальных изображений» галактики. На каждом изображении представлен различный взгляд на развитие взрывной сверхновой. На последних двух изображениях она еще не взорвалась. Но, исследуя, как галактики распределены в скоплении галактик и как эти изображения искажаются искривленным пространством, на самом деле можно вычислить, насколько эти снимки «запаздывают».

Это позволило астрономам сделать замечательное предсказание: «Четвертое изображение галактики отстает 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, которая возникла в последние несколько лет, а именно расширение нашей Вселенной.

Мы знаем, что Вселенная расширяется, и что различные методы позволяют нам измерять, насколько быстро. Проблема заключается в том, что различные методы измерения не всегда дают один и тот же результат, даже если учитывать погрешности измерений. Могут ли наши методы наблюдений быть ошибочными, или — что более интересно — нам потребуется пересмотреть наши представления о фундаментальной физике и космологии?

«Понимание структуры Вселенной будет главным приоритетом для главных наземных обсерваторий и международных космических организаций в течение следующего десятилетия. Исследования, запланированные на будущее, 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, в то время как мы можем видеть только 5%. Перспективы гравитационных линз многообещающие.