Na początku przyszłego roku będziemy świadkami niezwykłego zjawiska – na niebie pojawi się supernowa, której nadano imię Refsdal (od nazwiska norweskiego astronoma Sjura Refsdala, który jako pierwszy zaproponował wykorzystywanie soczewkowania grawitacyjnego do badania nieznanych części wszechświata). Astronomowie już zacierają ręce, ciesząc się z możliwości jej obserwacji. Z ich wyliczeń wynika, że stanie się to w pierwszym kwartale 2016 roku – pomiędzy styczniem a marcem. Skąd ta pewność? Jak udało im się przewidzieć śmierć gwiazdy? Bo już raz ją widzieli.

Sunflafe beautiful background in deep space. Elements of this image furnished by NASA

Foto: Fotolia / Vadimsadovski

 

Ponad 9 miliardów lat świetlnych od Ziemi w gigantycznym wybuchu umarła gwiazda. Nie ma w tym nic dziwnego – to normalne zjawisko, można rzec, że co chwilę gdzieś w bezkresnym wszechświecie jakaś gwiazda w ten sposób kończy swój żywot. Astronomowie wiedzą o tym, jednak rzadko mają okazję zaobserwować to zjawisko. Przy obecnym stanie wiedzy nie sposób bowiem przewidzieć, kiedy dokładnie umrze gwiazda, a tym samym „wycelować” teleskop w odpowiedni fragment nieba.

Obserwacje supernowej były do tej pory dziełem przypadku. Tak było i tym razem. Fala światła przez miliardy lat podróżowała w przestrzeni kosmicznej, aż wreszcie – w listopadzie 2014 roku – zauważył ją Patrick Kelly z UC Berkeley, pracujący w projekcie GLASS.

 

Soczewkowanie_grawitacyjne1

Grafika: NASA

 

Zespół GLASS oraz druga grupa naukowców, zwana Frontier Fields, przez tydzień analizowali światło obiektu i potwierdzili, że mamy do czynienia z supernową. Co ciekawe, dość niezwykłą supernową.

 

This image shows four different images of the same supernova whose light has been distorted and magnified by the huge galaxy cluster MACS J1149+2223 in front of it. The huge mass of the cluster and one of the galaxies within it is bending the light from a supernova behind them and creating four separate images of the supernova. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross.

Grafika: NASA/ESA

 

Dlaczego niezwykłą? Bo międzynarodowy zespół astronomów przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a uchwycił nie jeden, a aż cztery obrazy supernowej. Jak to możliwe? Dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego.

 

This image shows the huge galaxy cluster MACS J1149.5+223, whose light took over 5 billion years to reach us. The huge mass of the cluster and one of the galaxies within it is bending the light from a supernova behind them and creating four separate images of the supernova, shown clearly in this annotated image. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross.

Galaktyka MACS J1149.5+223, znajdująca się w odległości 5 miliardów lat świetlnych Grafika: NASA/ESA

 

Soczewkowanie grawitacyjne to efekt pojaśnienia i zwielokrotnienia obrazu odległego ciała wywołany przez masywny obiekt znajdujący się na pierwszym planie. Soczewką grawitacyjną może być np. czarna dziura lub cała gromada galaktyk. Obraz bardziej odległych obiektów tła jest zniekształcony, rozjaśniony i powiększony, gdy światło przechodzi przez zaburzony grawitacyjnie region.

Efekt ten został przewidziany przez ogólną teorię względności Einsteina, a pierwsza taka soczewka została odkryta w 1979 roku.

Czasami, kiedy odległe źródło światła, źródło silnego pola grawitacyjnego oraz obserwator ustawią się dokładnie w jednej linii, możemy zobaczyć pierścień Einsteina. Jednak jeśli po drodze zaistnieją jakiekolwiek rozbieżności, możemy obserwować częściowe łuki lub plamy. Tak jak na tym zdjęciu gromady galaktyk SDSS J1038+4849 wykonanym przez Teleskop Hubble’a – widoczna kreska i łuki tworzące „kosmiczną buźkę” to właśnie efekt soczewkowania grawitacyjnego.

 

Soczewkowanie_grawitacyjne4

Efekt bańki soczewkowania grawitacyjnego, bardziej znany jako „Buźka” („Smiley”) z NASA Grafika: NASA/ESA

 

Czasem jednak galaktyki i gromady gwiazd ułożą się w taki sposób, że obraz obiektu jest multiplikowany, tworząc tzw. Krzyż Einsteina. Zamiast jednego obiektu na niebie pojawiają się cztery.

W 1984 roku odkryto dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu kwazar Q2237+030. Astronomowie zobaczyli cztery jego obrazy, zamiast jednego.

 

Soczewkowanie_grawitacyjne5

Krzyż Einsteina Grafika: NASA

 

Tak było też z supernową odkrytą w 2014 roku. Zamiast jednego obrazu zobaczyli cztery. Okazało się, że rozbłysk umierającej gwiazdy został wzmocniony i zmultiplikowany przez znajdującą się około 5 mld lat świetlnych od Ziemi masywną gromadę galaktyk MACS J1149.6+2223 i dodatkowo „odbił się” od znajdującej się w niej galaktyki eliptycznej.

 

This image shows the huge galaxy cluster MACS J1149+2223, whose light took over 5 billion years to reach us. The huge mass of the cluster and one of the galaxies within it is bending the light from a supernova behind them and creating four separate images of it. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross. A close-up of the Einstein cross is shown in the inset.

Grafika: NASA/ESA

 

Zdjęcia czterech supernowych Hubble zrobił w odstępnie kilku dni lub tygodni od siebie. – Znaleźliśmy je po tym, jak się pojawiła – wyjaśniał w marcu 2015 roku, gdy informację o odkryciu supernowej opublikowano w magazynie „Science” Steve Rodney z Johns Hopkins University, lider zespołu Frontier Fields. – Uważamy, że pojedyńczy obraz tej supernowej mógł się pojawić już 20 lat temu, w innym miejscu gromady galaktyk. Co więcej, uważamy, że pojawi się ponownie i mamy zamiar złapać go na żywo.

 

Soczewkowanie_grawitacyjne7

Grafika: NASA/ESA

 

To, że można było obserwować kilka obrazów supernowej oznacza, że jej światło dociera do nas różnymi ścieżkami o niekoniecznie takiej samej długości. Naukowcy porównują to zjawisko do pociągów, jadących z punku A do punktu B różnymi trasami. Jedne jadą na wprost, inne omijają góry i doliny. Efekt jest taki, że docierają do celu w różnym czasie.

 

0105-4x5color.ai

Grafika: NASA

 

Tak jest też ze światłem z rozbłysku supernowej. Zespół wykorzystał model komputerowy, aby przewidzieć, którymi szlakami może się ono poruszać i odkrył, że przegapiliśmy być może nie jeden, ale dwa obrazy jej eksplozji – około 10 i 50 lat temu.

Model komputerowy pozwolił też jednak przewidzieć, kiedy obraz rozbłysku pojawi się ponownie – ma to się stać pomiędzy styczniem a marcem 2016 roku. Naukowcy zamierzają wykorzystać Teleskop Hubble’a, by obserwować to zjawisko.

Jeśli ich obliczenia są właściwe, będzie to pierwszy przypadek w historii astronomii, gdy uda się „przewidzieć” supernową. A dokładniej – moment, gdy obraz jej rozbłysku dotrze do Ziemi.

 

Soczewkowanie_grawitacyjne9

Foto: NASA

 

 

 

Tagi: Astronomia, efekt, soczewkowanie, grawitacyjne, supernowa, Hubble, teleskop, Einsteina, Reifsdala
Źródło: wp.pl

Polecane: