Naukowcy odkryli niezwykle wyrównany układ soczewek grawitacyjnych, nazwany Soczewką Karuzelową, obejmujący unikalną konfigurację galaktyk rozciągających się na miliardy lat świetlnych.
To odkrycie, oparte na danych z NASA’S Kosmiczny Teleskop Hubble’a i DESI Badania Legacy Imaging Surveys zapewniają bezprecedensowy obraz struktury Wszechświata, poszerzając naszą wiedzę na temat ciemnej materii i ciemnej energii.
Odkrycie soczewki karuzelowej
Dokonując rzadkiego i niezwykłego odkrycia, astronomowie zidentyfikowali unikalną konfigurację galaktyk, które tworzą najlepiej wyrównaną soczewkę grawitacyjną, jaką dotychczas znaleziono. Soczewka karuzelowa to ogromny system soczewek grawitacyjnych w skali gromady, który umożliwi badaczom głębsze zgłębianie tajemnic kosmosu, w tym ciemnej materii i ciemnej energii.
„To niesamowicie szczęśliwy «układ galaktyczny» – przypadkowe ułożenie wielu galaktyk na linii wzroku obejmującej większość obserwowalnego wszechświata” – powiedział David Schlegel, współautor badania i starszy naukowiec w Wydział Fizyki Berkeley Lab. „Znalezienie takiego ustawienia to igła w stogu siana. Znalezienie tego wszystkiego jest jak osiem igieł precyzyjnie ułożonych w stogu siana.
„To niesamowicie szczęśliwy «układ galaktyczny» – przypadkowe ułożenie wielu galaktyk na linii wzroku obejmującej większość obserwowalnego wszechświata.”
Dawid Schlegel
Szczegóły soczewki karuzelowej
Soczewka Karuzelowa to układ składający się z jednej gromady galaktyk na pierwszym planie („soczewki”) i siedmiu galaktyk tła rozciągających się na ogromne kosmiczne odległości i widzianych przez grawitacyjnie zniekształconą czasoprzestrzeń wokół soczewki. Na dramatycznym obrazku poniżej:
- Gromada soczewkowa, znajdująca się 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi, jest pokazana przez cztery najjaśniejsze i najbardziej masywne galaktyki (oznaczone jako La, Lb, Lc i Ld), które stanowią pierwszy plan zdjęcia.
- Przez soczewkę widać siedem unikalnych galaktyk (ponumerowanych od 1 do 7). Znajdują się one znacznie dalej, w odległości od 7,6 do 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi, zbliżając się do granicy obserwowalnego Wszechświata.
- Powtarzające się pojawienie się każdej galaktyki (oznaczone indeksem literowym każdej liczby, np. od a do d) pokazuje różnice w kształcie, które są zakrzywione i rozciągnięte w wiele iteracji „wesołego lustra” spowodowanego zakrzywioną czasoprzestrzenią wokół soczewki.
- Szczególnie interesujące jest odkrycie Krzyża Einsteina – największego znanego do tej pory – pokazanego w wielokrotnych występach galaktyki nr 4 (oznaczonych jako 4a, 4b, 4c i 4d). Ta rzadka konfiguracja wielu obrazów wokół środka soczewki wskazuje na symetryczny rozkład masy soczewki (zdominowanej przez niewidzialną ciemną materię) i odgrywa kluczową rolę w procesie modelowania soczewki.
Spostrzeżenia z procesu badawczego
Światło podróżujące z odległej przestrzeni może zostać powiększone i zakrzywione, gdy przechodzi przez zniekształconą grawitacyjnie czasoprzestrzeń bliższych galaktyk lub gromad galaktyk. W rzadkich przypadkach konfiguracja obiektów jest niemal idealnie dopasowana, tworząc silną soczewkę grawitacyjną. Wykorzystanie dużej ilości nowych danych z instrumentu spektroskopowego ciemnej energii (DESI) Ankiety dotyczące starszego obrazowaniaostatnie obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a należącego do NASA i superkomputera Perlmutter na Narodowe Naukowe Centrum Obliczeniowe Badań nad Energią (NERSC)zespół badawczy oparł się na swoich wcześniejszych badaniach (z maja 2020 r. i lutego 2021 r.), aby zidentyfikować prawdopodobnych silnych kandydatów na soczewki, kładąc podwaliny pod obecne odkrycie.
Badania wpływu i przyszłości
„Nasz zespół poszukiwał mocnych soczewek i modelował najcenniejsze układy” – wyjaśnia Xiaosheng Huang, współautor badania i członek projektu Supernova Cosmology Project w Berkeley Lab oraz profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie w San Francisco. „Soczewka Karuzelowa to niesamowite zestawienie siedmiu galaktyk w pięciu grupach, które układają się niemal idealnie za soczewką gromady na pierwszym planie. Kiedy pojawiają się przez obiektyw, wielokrotne obrazy każdej z galaktyk tła tworzą w przybliżeniu koncentryczne, okrągłe wzory wokół soczewki na pierwszym planie, jak na karuzeli. To bezprecedensowe odkrycie, a wygenerowany model obliczeniowy ukazuje wysoce obiecujące perspektywy pomiaru właściwości kosmosu, w tym ciemnej materii i ciemnej energii.”
Wkłady i dalsze zastosowania
W badaniu wzięło także udział kilku badaczy-studentów z Berkeley Lab, w tym główny autor, William Sheu, student studiów licencjackich stażysta w DESI na początku tego badania, obecnie doktorant na Uniwersytecie Uniwersytet Kalifornijski i współpracownik DESI.
Soczewka karuzelowa umożliwi naukowcom badanie ciemnej energii i ciemnej materii w zupełnie nowy sposób w oparciu o siłę danych obserwacyjnych i ich model obliczeniowy.
„To niezwykle niezwykłe ustawienie, które samo w sobie będzie poligonem doświadczalnym dla badań kosmologicznych” – zauważa Nathalie Palanque-Delabrouille, dyrektor Oddziału Fizyki w Berkeley Lab. „Pokazuje także, w jaki sposób obrazowanie wykonane dla DESI można wykorzystać do innych zastosowań naukowych”, takich jak badanie tajemnic ciemnej materii i przyspieszająca ekspansja Wszechświata napędzana ciemną energią.
Odniesienie: „Soczewka karuzelowa: dobrze wymodelowana, mocna soczewka z wieloma źródłami potwierdzona spektroskopowo przez VLT/MUZA”: William Sheu, Aleksandar Cikota, Xiaosheng Huang, Karl Glazebrook, Christopher Storfer, Shrihan Agarwal, David J. Schlegel, Nao Suzuki, Tania M. Barone, Fuyan Bian, Tesla Jeltema, Tucker Jones, Glenn G. Kacprzak, Jackson H. O’Donnell i Keerthi Vasan GC, 11 września 2024 r., The Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad65d3
