Гравитационное линзирование: как галактики раскрывают тайны темной материи

На этом изображении мы видим величественную спиральную галактику с перемычкой, но настоящая находка скрыта в нижнем правом углу — гравитационное линзирование, где свет далекой фоновой галактики искажается и увеличивается под воздействием гравитации ближайшей галактики. Это наблюдение является частью множества изображений, полученных телескопом Хаббл в рамках подготовки к научным исследованиям с использованием нового космического телескопа Нэнси Грейс Роман.

Что такое гравитационное линзирование?

Гравитационное линзирование происходит, когда масса объекта на переднем плане, например галактики, искажает пространство-время, заставляя свет изгибаться, искажаться и увеличиваться, проходя вокруг этого объекта. Это явление можно сравнить с гигантской линзой в космосе. Линзы формируются в результате точного совпадения между передним и фоновым объектами, что позволяет свету из фоновой галактики изгибаться вокруг передней галактики.

Структура изображения

На представленном изображении передняя галактика — эллиптическая, находящаяся на расстоянии около 4,5 миллиарда световых лет. Это означает, что свет, который мы видим сейчас, начал свое путешествие к нам, когда наша солнечная система только формировалась. Фоновая галактика расположена на расстоянии около 8 миллиардов световых лет, почти в два раза дальше. Она представлена в виде пары дуг: одна большая и заметная в верхнем левом углу, другая — гораздо меньшая, перевернутая версия той же фоновой галактики в нижнем правом углу. Эта конфигурация называется парой дуга-противодуга.

Влияние массы на линзирование

Чем массивнее передняя галактика, тем сильнее гравитационное линзирование и тем значительнее изгиб света. Изучая искажения фоновой галактики, исследователи могут определить, сколько массы содержит передняя галактика. Это имеет огромное значение для изучения темной материи — загадочного невидимого вещества, составляющего основную массу во Вселенной. Видимой материи недостаточно, чтобы объяснить уровень искажений в фоновой галактике, что позволяет ученым вычислить как массу передней галактики, так и количество темной материи в ней.

Галактики на изображении

Почти все объекты на этом изображении — галактики, за исключением нескольких разбросанных звезд на переднем плане. Спиральная галактика с перемычкой, изображенная здесь, по размеру сопоставима с нашей галактикой Млечный Путь, которая, как считают астрономы, также является спиральной с перемычкой. Небольшая спираль слева от большой спираль может быть спутниковой галактикой, аналогичной Большому и Малому Магеллановым облакам, которые вращаются вокруг Млечного Пути.

Сравнение телескопов Хаббл и Роман

Телескоп Хаббл в основном наблюдает космос в видимом и ультрафиолетовом диапазонах с некоторым охватом в инфракрасном диапазоне, в то время как Роман будет видеть в основном инфракрасные волны и частично в видимом свете. Хаббл предоставляет высококачественные изображения отдельных объектов, тогда как Роман обладает гораздо большим полем зрения, что позволяет создавать панорамы.

Будущее исследований

Изображения, подобные этому, дают представление о том, как Хаббл и Роман будут работать вместе, чтобы создать более полную картину космоса. Это лишь одно из множества изображений гравитационного линзирования, полученных Хабблом. Астрономы будут использовать их для анализа гравитационных искажений, чтобы лучше понять темную материю в передних галактиках и подготовить почву для будущих наблюдений Романа. Хаббл может наблюдать эти гравитационные линзы по одному, в то время как широкий обзор неба Романа предоставит больше образцов этих линз. Астрономы используют четкие изображения Хаббла для создания компьютерной модели, которая поможет лучше анализировать искажения, вызванные темной материей. Этот инструмент будет полезен для анализа больших изображений Романа, а Хаббл также будет следить за интересными линзами, которые обнаружит Роман.