Ibland finns det en chansinriktning - långt borta i universum, där föremål separeras av otänkbara avstånd mätt i miljarder ljusår - när en galaxklynge i förgrunden skär ljuset från ett ännu mer avlägset objekt. Konjunktionen spelar visuella tricks, där galaxklyngen fungerar som en lins, som verkar förstora och böja det avlägsna ljuset.
Den sällsynta kosmiska inriktningen kan få det avlägsna universum i sikte. Nu har astronomer snubblat över en överraskning: de har upptäckt det mest avlägsna kosmiska förstoringsglaset ännu.
Sett ovanför det såg ut för 9,6 miljarder år sedan, bryter denna monster elliptiska galax den tidigare rekordhållaren med 200 miljoner ljusår. Det böjer, snedvrider och förstorar den avlägsna spiralgalaxen, vars ljus har tagit 10,7 miljarder år att nå jorden.
"När du tittar på mer än 9 miljarder år sedan i det tidiga universum, förväntar du dig inte att hitta den här typen av galax-galaxlinser alls," sa huvudforskaren Kim-Vy Tran från Texas A&M University i ett pressmeddelande från Hubble.
”Tänk dig att hålla ett förstoringsglas nära dig och flytta det sedan längre bort. När du tittar genom ett förstoringsglas som hålls i armlängden är chansen att du ser ett förstorat objekt höga. Men om du flyttar förstoringsglaset över rummet minskar dina chanser att se förstoringsglaset nästan perfekt i linje med ett annat objekt bortom det. "
Teamet studerade stjärnbildning i data som samlats in av W. M. Keck-observatoriet på Hawai’i, när de stötte på en stark upptäckt av het vätgas som tycktes uppstå från en massiv, ljus elliptisk galax. Det slog laget så konstigt. Varmt väte är ett tydligt tecken på stjärnfödelse, men det upptäcktes i en galax som såg alldeles för gammal ut för att bilda nya stjärnor.
”Jag blev mycket förvånad och orolig,” påminde Tran. "Jag trodde att vi hade gjort ett stort misstag med våra observationer."
Så Tran grävde igenom arkiverade Hubble-bilder, som avslöjade ett utsmetat, blått föremål bredvid den större elliptiska. Det var en tydlig signatur av en gravitationslins.
"Vi upptäckte att ljus från linsningsgalaxen och från bakgrundsgalaxen blandades i den markbaserade informationen, vilket förvirrade oss," sade medförfattare Ivelina Momcheva vid Yale University. ”Keck-spektroskopiska data antydde att något intressant pågick här, men bara med Hubbles högupplösta spektroskopi kunde vi skilja linsningsgalaxen från den mer avlägsna bakgrundsgalaxen och fastställa att de två var på olika avstånd. Hubble-uppgifterna avslöjade också det spännande utseendet på systemet, med förgrundslinsen i mitten, flankerad av en ljus båge på ena sidan och en svag fläck på den andra - båda förvrängda bilder av bakgalaxen. Vi behövde kombinationen av avbildning och spektroskopi för att lösa pusslet. ”
Genom att mäta intensiteten i bakgrundsgalaxens ljus kunde teamet mäta jättegalaxens totala massa. Sammantaget väger det 180 miljarder gånger mer än vår sol. Även om detta kan verka stort väger det faktiskt fyra gånger mindre än Vintergalaxen.
"Det finns hundratals linsgalaxer som vi känner till, men nästan alla är relativt nära i kosmiska termer," sade huvudförfattaren Kenneth Wong från Academia Sinica Institute of Astronomy & Astrophysics. ”Att hitta en lins så långt borta som den här är en mycket speciell upptäckt eftersom vi kan lära oss om det mörka ämnet i galaxer i det avlägsna förflutet. Genom att jämföra vår analys av denna linsgalax med de närliggande linserna kan vi börja förstå hur det mörka materialinnehållet har utvecklats över tid. "
Intressant nog är linsgalaxen undervikt i termer av dess mörka materialinnehåll. Tidigare har astronomer antagit att mörk materia och normal materia byggs lika upp i en galax över tid. Men denna galax, antyder att detta inte är fallet.
Teamets resultat dök upp i 10 juli-numret av The Astrophysical Journal Letters och är tillgängliga online.
