Vad sägs om fyra supernovaer till priset av en? Med hjälp av Hubble Space Telescope, Dr. Patrick Kelly från University of California-Berkeley tillsammans med teamet GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) och Hubble Frontier Fields,upptäckt en avlägsen supernova linsad i fyra kopior av sig själv genom den kraftfulla tyngdkraften i en förgrundsgalaxiklus Döpt SN Refsdal, upptäcktes objektet i det rika galaxklyngenMACS J1149.6 + 2223 fem miljarder ljusår från jorden i konstellationen Leo. Det är den första multiplexerade supernova som varje upptäckt och en av naturens mest exotiska mirages.
Gravitationslinser växte ut ur Einsteins Relativitetsteorindär han förutspådde att massiva föremål skulle böjas och varpa tyget till rumtid. Ju mer massivt objektet, desto svårare böjning. Vi kan föreställa oss detta genom att föreställa oss att ett barn står på en trampolin och tänker på en grop i tyget. Byt ut barnet med en 200 pund vuxen och ytan på trampolin sjunker ännu mer.
På samma sätt skapar den massiva solen en djup, men osynlig grop i tyget i rymdtiden. Planeterna känner denna "rymdens krökning" och rullar bokstavligen mot solen. Endast deras rörelse i sidled eller vinkelmoment hindrar dem från att falla rakt in i solens inferno.
Krökt utrymme skapat av massiva föremål böjer också ljusstrålar. Einstein förutspådde att ljus från en stjärna som passerade nära solen eller ett annat massivt föremål skulle följa detta osynliga böjda rymdbild och böjas från en annars rak väg. I själva verket fungerar objektet som en lins, böjer och återfokuserar ljuset från den avlägsna källan till antingen en ljusare bild eller flera och förvrängda bilder. Även känd som avböjning av stjärnbelysning, idag kallar vi det gravitationslinser.
Simulering av förvrängd rymdtid över ett massivt galaxkluster över tid
Det visar sig att det finns massor av dessa gravitationslinser där ute i form av massiva galaxkluster. De innehåller regelbundet ämne såväl som enorma mängder av den fortfarande mystiska mörka materien som utgör 96% av materialets material i universum. Rika galaxklyngar fungerar som teleskop - deras enorma massa och kraftfulla tyngdkraft förstorar och intensifierar galaxernas ljus miljarder ljusår utöver, vilket synliggör det som annars aldrig skulle bli sett.
Låt oss återvända till SN Refsdal, uppkallad efter Sjur Refsdal, en norsk astrofysiker som gjorde tidigt arbete inom gravitationslinsning. En massiv elliptisk galax i MACS J1149-klustret "linser" den 9,4 miljarder ljusåriga avlägsna supernova och dess värdspiralgalax från bakgrundsskydd till rampljuset. Den elliptiska kraftfulla tyngdkraften har gjort ett fint jobb med att snedvrida rymdtiden för att få supernovan i sikten, förvränger också formen på värdgalaxen och delar upp supernovan i fyra separata, lika ljusa bilder. För att skapa en sådan snygg symmetri måste SN Refsdal anpassas exakt bakom galaxens centrum.
Scenariot här liknar en slående likhet Einsteins kors, en gravitationslinsad kvasar, där ljuset från en avlägsen kvasar har brutits i fyra bilder arrangerade kring förgrundens linsgalax. Kvasarbilderna flimrar eller ändras i ljusstyrka över tiden som de är microlensed genom passering av enskilda stjärnor i galaxen. Varje stjärna fungerar som en mindre lins i huvudlinsen.
Detaljerade färgbilder tagna av grupperna GLASS och Hubble Frontier Fields visar att supernovas värdgalax är också mångfaldig av galaxklyngens tyngdkraft. Enligt deras senaste tidningen, Kelly och teamet arbetar fortfarande för att få spektra av supernova för att avgöra om det är resultatet av den okontrollerade bränningen och explosionen av en vit dvärgstjärna (typ Ia) eller den kataklysmiska kollaps och rebound av en supergigantisk stjärna som slutade på bränsle (typ II).
Tiden som ljuset tar för att resa till jorden från var och en av de linsade bilderna är annorlunda eftersom var och en följer en något annorlunda väg runt centrum av linsningsgalaxen. Vissa vägar är kortare, andra längre. Genom att tima ljusstyrka variationer mellan de enskilda bilderna hoppas teamet att ge begränsningar, inte bara på fördelningen av ljusa ämnen jämfört med mörk materia i linsgalaxen och i klustret utan använder den informationen för att bestämma universums expansionshastighet.
Du kan pressa mycket från en kosmisk spegel!
