Nowo odkryty „Krzyż Einsteina” ujawnia istnienie gigantycznego halo z ciemnej materii

Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina , światło załamuje się wokół obiektów o dużej masie, takich jak galaktyki. Czasami powoduje to zjawisko znane jako soczewkowanie grawitacyjne , które rozjaśnia, powiększa i zniekształca światło padające z obiektów znajdujących się za nim.

W rzadkich przypadkach soczewka grawitacyjna może nawet rozszczepić przechodzące przez nią światło i sprawić, że pojawi się ono wielokrotnie. Takie zjawisko nazywa się „krzyżem Einsteina” ze względu na kształt, jaki tworzą te rozdzielone powtórzenia światła.

Krzyż Einsteina G2237+0305 zaobserwowany we wrześniu 1990 r. przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a.

ZDJĘCIE: NASA, ESA I STSCI

Nowy krzyż Einsteina został niedawno zaobserwowany i opisany w artykule naukowym. Odkrycia dokonał zespół badawczy z Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), teleskopu kosmicznego znajdującego się w północnym Chile, wykorzystując dane obserwacyjne z ALMA i innych teleskopów. Światło krzyża pochodzi z HerS-3, galaktyki oddalonej o 11,6 miliarda lat świetlnych, a soczewkowanie grawitacyjne jest generowane przez cztery olbrzymie galaktyki znajdujące się między HerS-3 a Ziemią. Te olbrzymie galaktyki znajdują się w odległości około 7,8 miliarda lat świetlnych.

Soczewkowanie grawitacyjne nie tylko rozdziela źródło światła, ale także je powiększa, umożliwiając szczegółowy obraz źródła światła znajdującego się za soczewką. Dzięki temu zespół twierdzi, że HerS-3 wydaje się być jasną galaktyką gwiazdotwórczą – galaktyką, w której intensywnie formują się gwiazdy – i powstała w czasie, gdy formowanie się gwiazd w całym Wszechświecie osiągnęło szczyt. Zespół twierdzi również, że HerS-3 ma pochylony, wirujący dysk, z którego centrum z zawrotną prędkością wydobywa się gaz.

„Dzięki temu naturalnemu teleskopowi możemy przyjrzeć się regionom 10 razy mniejszym niż Droga Mleczna, oddalonym o prawie 12 miliardów lat świetlnych, i przy okazji wywnioskować ukrytą materię w świetle widzialnym” – powiedział w oświadczeniu Hugo Mesias, współautor artykułu.

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że krzyż Einsteina dla HerS-3 powstał wyłącznie w wyniku soczewkowania grawitacyjnego generowanego przez cztery olbrzymie galaktyki znajdujące się między HerS-3 a Ziemią. Jednak stosując precyzyjny model soczewkowania grawitacyjnego, zespół odkrył, że obserwowalna masa tych czterech olbrzymich galaktyk jest niewystarczająca, aby wyjaśnić układ pięciu obrazów krzyża: ich masa po prostu nie jest wystarczająco duża, aby wywołać obserwowany efekt wizualny.

„Jedynym sposobem na odtworzenie niezwykłej konfiguracji, którą zaobserwowaliśmy, było dodanie niewidzialnego, masywnego składnika: halo ciemnej materii w centrum grupy galaktyk” – powiedział główny autor Pierre Cox z Institut d'Astrophysique de Paris.

Czerwonawe światło w kwadratowym kadrze po prawej stronie to powiększona wersja krzyża Einsteina z HerS-3. Jasne obiekty (G1-G4) w lewym kadrze to cztery olbrzymie galaktyki, które generują soczewkowanie grawitacyjne. Żółty znacznik gwiazdy (DM) wskazuje położenie masywnego halo ciemnej materii w populacji galaktyk, do której należą cztery olbrzymie galaktyki.

ZDJĘCIE: P. COX I AL / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / NOEMA

Halo ciemnej materii to masa ciemnej materii, która powstała samoistnie pod wpływem grawitacji. Uważa się, że masa tego halo, wpływająca na światło z HerS-3, jest kilka bilionów razy większa niż masa Słońca.

Ciemna materia to materiał, o którym teoretycznie uważa się, że istnieje w kosmosie, ale którego nie można dostrzec w świetle widzialnym; uważa się, że stanowi on około 85 procent całkowitej masy Wszechświata. Zespół badawczy ma nadzieję, że Krzyż Einsteina utworzony przez HerS-3 może zapewnić unikalną metodę badania wpływu ciemnej materii na formowanie się galaktyk we wczesnym Wszechświecie.

Ta historia pierwotnie ukazała się w WIRED Japan i została przetłumaczona z języka japońskiego.