Dvojité galaxie odrážejí astronomové z HST – „Byli jsme zmatení“

Tento snímek z Hubblova kosmického dalekohledu ukazuje tři zvětšené snímky vzdálené galaxie vložené do skupiny galaxií. Tyto obrázky jsou vytvářeny trikem přírody zvaným gravitační čočka. Masivní gravitace kupy galaxií zesiluje a zkresluje světlo ze vzdálené galaxie za ní a vytváří více obrazů. Kupa galaxií, klasifikovaná jako SDSS J223010.47-081017.8, se nachází 7 miliard světelných let od Země. Hubble pozoroval mnoho galaxií s gravitačními čočkami. Obrázky zachycené v tomto snímku z HST jsou však jedinečné. Dva zvětšené obrázky, zobrazené v oblacích vpravo dole, jsou navzájem přesnými kopiemi. Dva jasné ovály jsou srdcem galaxie. K tomuto vzácnému jevu dochází, protože galaxie v pozadí je vlnění ve struktuře vesmíru. Toto „vlnění“ je oblastí s větší inflací, kvůli přitažlivosti hustého množství temné hmoty, neviditelného lepidla, které tvoří většinu hmoty vesmíru. Jak světlo ze vzdálené galaxie prochází kupou podél tohoto vlnění, vytvářejí se dva zrcadlové obrazy spolu s třetím obrazem, který je vidět ze strany. V oblacích vpravo nahoře je zobrazen detail třetího obrázku. Tento obrázek je velmi podobný vzdálené galaxii, která se nachází více než 11 miliard světelných let daleko. Na základě této rekonstrukce tohoto obrázku vědci zjistili, že vzdálená galaxie se jeví jako klikatá spirála s kontinuální tvorbou hvězdokupy. Zrcadlové obrazy jsou pojmenovány podle „Hamiltonova těla“ astronoma, který je objevil. Zápočet: Joseph DePasquale (STScI)

Pohled do vesmíru je jako pohled do zrcadla zábavného domu. Důvodem je, že gravitace narušuje strukturu prostoru a vytváří optické klamy.

Mnoho z těchto optických klamů se objevuje, když se světlo vzdálené galaxie zvětšuje, natahuje a rozjasňuje, když prochází masivní galaxií nebo kupou galaxií před ní. Tento jev, nazývaný gravitační čočka, vytváří několik rozšířených, jasných obrazů galaxie v pozadí.

Tento jev umožňuje astronomům studovat galaxie tak daleko, že je lze vidět pouze pomocí účinků gravitační čočky. Úkolem je pokus zrekonstruovat vzdálené galaxie z podivných tvarů produkovaných čočkami.

Ale astronomové používají Hubbleův vesmírný teleskop Při analýze kvasarů, doutnajících jader aktivních galaxií jsem narazil na takový zvláštní tvar. Zahlédli dva jasné lineární objekty, které se zdály být navzájem zrcadlovými obrazy. Další podivná bytost byla poblíž.

READ  Geomagnetic Storm Watch je nyní upgradován na úroveň Storm G2; Polární záře míří na jih

Tyto vlastnosti zmátly astronomy natolik, že jim trvalo několik let, než záhadu rozluštili. S pomocí dvou odborníků na gravitační čočky vědci zjistili, že tyto tři objekty byly zkreslenými obrazy vzdálené, neobjevené galaxie. Ale největším překvapením bylo, že lineární objekty byly navzájem přesné kopie, což je vzácná událost způsobená přesným zarovnáním galaxie pozadí a její skupiny čoček v popředí.

Hubbleův vesmírný teleskop nad Zemí

3D animace zobrazující Hubbleův vesmírný teleskop nad Zemí. Uznání: ESA/Hubble (M. Kornmesser & LL Christensen)

Astronomové viděli několik velmi zvláštních věcí roztroušených po celém našem obrovském vesmíru, od explodujících hvězd až po srážející se galaxie. Proto si můžete myslet, že když uvidí podivné nebeské tělo, budou schopni ho identifikovat.

ale NASAHubbleův vesmírný teleskop objevil něco, co se zdá být dvojicí podobně vypadajících předmětů, tak zvláštních, že astronomům trvalo několik let, než zjistili, co jsou zač.

„Byli jsme opravdu zmatení,“ řekl astronom Timothy Hamilton ze Shawnee State University v Portsmouthu v Ohiu.

UFO se skládá z dvojice galaktických výdutí (středová osa galaxie naplněné hvězdami) a nejméně tří samostatných rovnoběžných čar. Hamilton je objevil náhodou, když pomocí HST prozkoumal skupinu kvasarů, doutnajících jader aktivních galaxií.

Poté, co Hamilton a rostoucí tým vedený Richardem Griffithsem z University of Hawaii v Hilo pronásledovali slepé teorie, žádali o pomoc kolegy a hodně škrábali, konečně dali dohromady všechny stopy k vyřešení záhady.

Lineární objekty byly natažené obrazy vzdálené galaxie s gravitační čočkou, která se nachází více než 11 miliard světelných let daleko. Zdálo se, že jsou navzájem identickými obrazy.

Tým zjistil, že obrovská gravitace skupiny překrývajících se a neregistrovaných galaxií v popředí galaxií narušuje, zesiluje, rozjasňuje a rozšiřuje prostor vzdálené galaxie za ní, což je jev nazývaný gravitační čočka. Ačkoli Hubbleovy průzkumy odhalují mnoho z těchto zrcadlových a zrcadlových zkreslení způsobených gravitačními čočkami, tento objekt byl jedinečně mystifikující.

V tomto případě jemné zarovnání mezi galaxií v pozadí a kupou galaxií v popředí vede ke dvěma zvětšeným kopiím stejného obrazu vzdálené galaxie. K tomuto vzácnému jevu dochází, protože galaxie v pozadí je vlnění ve struktuře vesmíru. Toto „vlnění“ je oblastí s větší inflací, kvůli přitažlivosti hustého množství temné hmoty, neviditelného lepidla, které tvoří většinu hmoty vesmíru. Jak světlo ze vzdálené galaxie prochází kupou podél tohoto vlnění, vytvářejí se dva zrcadlové obrazy spolu s třetím obrazem, který je vidět ze strany.

READ  Co znamená delta proměnná pro úplné opylování?

Griffiths přirovnává tento efekt k jasným vlnitým vzorům na dně bazénu. „Vzpomeňte si na zvlněný povrch bazénu za slunečného dne, který ukazuje vzory jasného světla na dně bazénu,“ vysvětlil. Tyto jasné vzory ve spodní části jsou způsobeny podobným typem účinku gravitační čočky. Vlnky na povrchu působí jako částečné čočky a zaostřují sluneční světlo na lesklé cikcakové vzory níže. “

Ve vzdálené galaxii s gravitační čočkou zvlnění zvětšuje a zkresluje světlo z galaxie pozadí procházející kupou. Zvlnění funguje jako nedokonale zakřivené zrcadlo, které generuje duplexy.

Vyřeš hádanku

Tento vzácný jev však nebyl dobře znám, když Hamilton v roce 2013 objevil podivné lineární prvky.

Když se díval skrz obrázky kvazaru, vyskočil záblesk reflexních obrazů a rovnoběžných čar. Hamilton nikdy nic takového neviděl, ani nikdo z ostatních členů týmu to neměl.

„Moje první myšlenka byla, že by mohli interagovat s galaxiemi s pažemi nataženými špičatými způsoby,“ řekl Hamilton. „Moc se to nehodilo, ale taky jsem nevěděl, co si mám myslet.“

Hamilton a tým se tedy vydali na cestu k vyřešení záhady těchto matoucích přímých linií, které byly později pro svého objevitele nazvány „Hamiltonův objekt“. Ukázali podivný obraz kolegům na astronomických konferencích, které vyvolaly různé reakce, od kosmických řetězců po planetární mlhoviny.

Ale pak Griffiths, který nebyl členem původního týmu, nabídl nejpravděpodobnější vysvětlení, když mu Hamilton ukázal obrázek na schůzce NASA v roce 2015. Byl to zvětšený, zkreslený obraz způsobený jevem objektivu podobným tomu, který je vidět na Hubble. Další obrázky masivních kup galaxií zesilují obrazy velmi vzdálených galaxií. Griffiths tuto myšlenku potvrdil, když se o podobném lineárním objektu dozvěděl v Hubbleově průzkumu hluboké kupy.

Vědci však stále čelili problému. Nemohli určit hmotnost čočky. Astronomové, kteří studují kupy galaxií, obvykle obvykle nejprve uvidí kupu v popředí způsobující odraz a poté najdou zvětšené obrazy vzdálených galaxií v kupě. Prohledávání snímků Sloan Digital Sky Survey odhalilo kupu galaxií ve stejné oblasti jako zvětšené obrázky, ale neobjevily se v žádném indexovaném průzkumu. Skutečnost, že podivné obrazy byly ve středu kupy, však Griffithsovi objasnila, že kupa vytváří lentikulární obrazy.

READ  Centrum pro kontrolu nemocí v Maine oznámilo 201 nových případů COVID-19 a dvě nová úmrtí

Dalším krokem vědců bylo zjistit, zda byly tři snímky čočkované na stejnou vzdálenost, a tedy všechny byly zkreslenými obrazy stejné vzdálené galaxie. Spektroskopická měření s observatořemi Gemini a WM Keck na Havaji pomohla vědcům potvrdit toto tvrzení a ukázala, že obrázky pocházejí z galaxie vzdálené více než 11 miliard světelných let.

Vzdálená galaxie, založená na rekonstrukci třetího obrazu pomocí čočky, vypadá jako klikatý vír s kontinuální tvorbou hrudkovitých hvězd.

Přibližně ve stejnou dobu jako spektroskopická pozorování provedená Griffithem a vysokoškoláky v Hilo, samostatná skupina vědců v Chicagu určila hmotnost a změřila její vzdálenost pomocí Sloanových dat. Kupa se nachází více než 7 miliard světelných let daleko.

Ale s tak malým počtem informací o kupě se Griffithův tým stále potýkal s tím, jak tyto neobvyklé tvary čoček vysvětlit. „Tato gravitační čočka se velmi liší od většiny čoček, které Hubble studoval dříve, zejména v průzkumu klastrů pomocí Hubble Frontier Fields,“ vysvětlil Griffiths. „Nemusíš na ty shluky zírat příliš dlouho, abys našel mnoho čoček. V tomto objektu je to jediný objektiv, který máme. A o kupě jsme zpočátku ani nevěděli.“

Neviditelné mapování

Tehdy Griffith kontaktoval odborníka na teorii gravitačních čoček Jenny Wagner z univerzity v Heidelbergu v Německu. Wagner studoval podobné objekty a společně se svým kolegou Nicholasem Tessurem, nyní na univerzitě v Manchesteru v Anglii, vyvinuli počítačový program pro interpretaci unikátních čoček, jako jsou tyto. Jejich software pomohl týmu zjistit, jak se tři obrázky objevily s objektivem. Došli k závěru, že temná hmota kolem rozšířených obrazů by měla být „hladce“ distribuována v prostoru v malých měřítcích.

„Je skvělé, že potřebujeme pouze dva zrcadlové obrazy, abychom získali míru toho, jak hrudkovitá temná hmota v těchto pozicích je či není,“ řekl Wagner. „Tady nepoužíváme žádné modely objektivů. Bereme jen to, co lze pozorovat z více snímků a skutečnost, že je lze navzájem proměnit. Lze je složit naší metodou. To nám dává skutečnou představu o tom, jak je temná hmota v těchto dvou polohách hladká. “

Toto zjištění je důležité, řekl Griffiths, protože astronomové stále nevědí, co je temná hmota, téměř sto let poté, co byla objevena. Víme, že je to forma hmoty, ale netušíme, z čeho je částice vyrobena. Vůbec tedy nevíme, jak se chová. Víme jen, že má hmotnost a podléhá gravitaci. Význam limitů velikosti v aglomeraci neboli hladkosti spočívá v tom, že nám dávají nějaké vodítko o tom, co je to částice. Čím menší je temná hmota, tím hmotnější by částice měly být. “

Týmový dokument se objeví v zářijovém čísle Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.

Odkaz: „Hamiltonovo tělo – seskupená galaxie táhnoucí se podél žíravé gravitace galaktického davu: Omezení shlukování temné hmoty“ od Richarda E. Griffithse, Mitchella Rudisela, Jenny Wagnerové, Timothyho Hamiltona, Bo Chih Huanga a Caroline Felforthové, 17. května, 2021, Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
DOI: 10,1093/mnras/stab1375

Hubble Space Telescope je projekt mezinárodní spolupráce mezi NASA a Evropskou vesmírnou agenturou (ESA). Dalekohled je provozován Goddardovým vesmírným letovým střediskem NASA v Greenbeltu v Marylandu. Vědecký institut Space Telescope Science Institute (STScI) v Baltimoru v Marylandu provádí vědecké operace Hubbleova teleskopu. STScI pro NASA provozuje Konsorcium univerzit pro výzkum astronomie ve Washingtonu, DC

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *