Το τετραπλό είδωλο ενός σουπερνόβα. An explosive quartet

Θυμίζει εικόνα από καλειδοσκόπιο: τα τέσσερα είδωλα του σουπερνόβα εμφανίζονται στην περιφέρεια ενός γαλαξιακού σμήνους. This image shows the huge galaxy cluster MACS J1149+2223, whose light took over 5 billion years to reach us. The huge mass of the cluster and one of the galaxies within it is bending the light from a supernova behind them and creating four separate images of it. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross. A close-up of the Einstein cross is shown in the inset. Credit: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Χάρη σε ένα γιγάντιο σμήνος γαλαξιών, του οποίου η βαρύτητα εκτρέπει τις ακτίνες φωτός και λειτουργεί έτσι σαν κοσμικός μεγεθυντικός φακός, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble κατέγραψε για πρώτη φορά πολλαπλές εικόνες της ίδιας αστρικής έκρηξης.

Ο σταυρός του Αϊνστάιν

This image shows four different images of the same supernova whose light has been distorted and magnified by the huge galaxy cluster MACS J1149+2223 in front of it. The huge mass of the cluster and one of the galaxies within it is bending the light from a supernova behind them and creating four separate images of the supernova. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross. Credit: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Το εντυπωσιακό φαινόμενο του «βαρυτικού φακού» είχε προβλεφθεί από τον Αϊνστάιν στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας: η βαρύτητα παραμορφώνει το χώρο έτσι ώστε οι ακτίνες φωτός να ακολουθούν καμπύλη πορεία.

Η τετραπλή εικόνα του σουπερνόβα, το οποίο εξερράγη πριν από 9 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι αποτέλεσμα μιας σπάνιας κοσμικής ευθυγράμμισης: ακριβώς ανάμεσα στον υπερκαινοφανή αστέρα και τον φακό του Hubble έτυχε να βρίσκεται ένα μεγάλο γαλαξιακό σμήνος, μια ομάδα χιλιάδων γαλαξιών. Το ισχυρό βαρυτικό πεδίο του σμήνους λειτούργησε ως φακός και ανάγκασε το φως του σουπερνόβα να ακολουθήσει τέσσερις διαφορετικές διαδρομές μέχρι να φτάσει στο τηλεσκόπιο.

Οι τέσσερις εικόνες εμφανίζονται στην περιφέρεια του γαλαξιακού σμήνους σε μια διάταξη που ονομάζεται «σταυρός του Αϊνστάιν».  Το σημαντικό είναι ότι τα τέσσερα είδωλα δεν εμφανίστηκαν ταυτόχρονα αλλά με διαφορά μερικών ημερών ή εβδομάδων το ένα από το άλλο, καθώς οι διαφορετικές διαδρομές που ακολούθησε το φως έχουν διαφορετικό μήκος, και τα φωτόνια χρειάστηκαν διαφορετικούς χρόνους για να τις διανύσουν.

Η μέτρηση

Το φαινόμενο καταγράφηκε με την τεχνική του βαρυτικού φακού. This illustration shows how four different images of the same supernova were created when its light was distorted and magnified by the huge galaxy cluster MACS J1149+2223 in front of it. The light has been magnified and distorted due to gravitational lensing and as a result the images are arranged around the elliptical galaxy in a formation known as an Einstein cross. The massive galaxy cluster focuses the supernova light along at least three separate paths, and then when one of those light paths happens to be precisely aligned with a single elliptical galaxy within the cluster, a secondary lensing effect occurs. The dark matter associated with the elliptical galaxy bends and refocuses the light into four more paths, generating the rare Einstein cross pattern that the team observed. Credit: NASA & ESA

Παρουσιάζοντας τις εντυπωσιακές εικόνες στην επιθεώρηση «Science», οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η μέτρηση της χρονικής διαφοράς στην εμφάνιση των επιμέρους εικόνων από βαρυτικούς φακούς θα επέτρεπε την ακριβή μέτρηση της μάζας του σώματος που λειτούργησε ως φακός. 

Ακόμα, η χρονική διαφορά θα μπορούσε να επιτρέψει στους αστρονόμους να μετρούν με ακρίβεια την απόσταση μέχρι το αντικείμενο που μεγεθύνεται, προκειμένου να υπολογίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια το ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος. Το σουπερνόβα της μελέτης ονομάζεται Refsdael προς τιμήν του νορβηγού αστρονόμου Σγιουρ Ρέφστνταελ, ο οποίος πρότεινε την ιδέα της μέτρησης αποστάσεων με τη βοήθεια βαρυτικών φακών το 1964.