Увеличение глубин космоса через «Линзу карусели» — редкое выравнивание дает уникальную возможность изучать космологию

Линза «Карусель», как ее видят через космический телескоп «Хаббл». Автор: William Sheu/UCLA

В редком и необычном открытии исследователи идентифицировали уникальную конфигурацию галактик, которые образуют наиболее изысканно выровненную гравитационную линзу, обнаруженную на сегодняшний день. Линза Карусель — это массивная система гравитационных линз кластерного масштаба, которая позволит исследователям глубже проникнуть в тайны космоса, включая темную материю и темную энергию.

«Это удивительно удачное «галактическое выравнивание» — случайное выравнивание нескольких галактик по линии прямой видимости, охватывающей большую часть наблюдаемой Вселенной», — сказал Дэвид Шлегель, соавтор исследования и старший научный сотрудник физического отделения лаборатории Беркли. «Найти одно такое выравнивание — это иголка в стоге сена. Найти все эти — это как восемь иголок, точно выстроенных в ряд внутри стога сена».

Линза Карусель — это выравнивание, состоящее из одного скопления галактик на переднем плане («линза») и семи фоновых галактик, охватывающих огромные космические расстояния и видимых через гравитационно искаженное пространство-время вокруг линзы. На впечатляющем изображении ниже:

• Линзирующее скопление, расположенное на расстоянии 5 миллиардов световых лет от Земли, представлено четырьмя самыми яркими и массивными галактиками (обозначенными как La, Lb, Lc и Ld), которые составляют передний план изображения.
• Через объектив видны семь уникальных галактик (пронумерованных от 1 до 7). Они расположены далеко за пределами Земли, на расстоянии от 7,6 до 12 миллиардов световых лет, приближаясь к пределу наблюдаемой Вселенной.
• Повторяющиеся появления каждой галактики (обозначенные буквенным индексом каждого числа, например, от a до d) демонстрируют различия в форме, которые искривляются и растягиваются в несколько итераций «кривого зеркала», вызванных искривлением пространства-времени вокруг линзы.
• Особый интерес представляет открытие Креста Эйнштейна — крупнейшего из известных на сегодняшний день — показанного в многочисленных проявлениях галактики номер 4 (обозначенных 4a, 4b, 4c и 4d). Эта редкая конфигурация множественных изображений вокруг центра линзы является указанием на симметричное распределение массы линзы (в которой преобладает невидимая темная материя) и играет ключевую роль в процессе моделирования линзы.

RGB-изображение DESI-090.9854-35.9683, созданное с использованием фильтра HST F140W (0070 пикселей⁻¹) в качестве красного канала, фильтра HST F200LP (0028 пикселей⁻¹) в качестве синего канала и попиксельного среднего двух фильтров в качестве зеленого канала. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad65d3

Свет, идущий из далекого космоса, может быть увеличен и искривлен, проходя через гравитационно искаженное пространство-время более близких галактик или скоплений галактик. В редких случаях конфигурация объектов выстраивается почти идеально, образуя сильную гравитационную линзу.

Используя множество новых данных, полученных в ходе исследований с использованием спектроскопического прибора темной энергии (DESI) Legacy Imaging Surveys, недавние наблюдения с космического телескопа «Хаббл» НАСА и суперкомпьютера Perlmutter в Национальном центре научных вычислений в области энергетики (NERSC), исследовательская группа, опираясь на свои предыдущие исследования (в мае 2020 г. и феврале 2021 г.), выявила вероятных кандидатов на роль сильных линз, заложив основу для текущего открытия.

«Наша команда искала сильные линзы и моделировала наиболее ценные системы», — объясняет Сяошэн Хуан, соавтор исследования и участник проекта по космологии сверхновых в лаборатории Беркли, а также профессор физики и астрономии в Университете Сан-Франциско.

«Линза карусели — это невероятное выравнивание семи галактик в пяти группах, которые выстраиваются почти идеально за линзой скопления на переднем плане. Когда они появляются через линзу, множественные изображения каждой из фоновых галактик образуют приблизительно концентрические круговые узоры вокруг линзы на переднем плане, как в карусели. Это беспрецедентное открытие, и созданная вычислительная модель показывает весьма многообещающую перспективу для измерения свойств космоса, включая свойства темной материи и темной энергии».

В исследовании также приняли участие несколько студентов-исследователей из Berkeley Lab, включая ведущего автора Уильяма Шеу, который в начале исследования был студентом-стажером DESI, а сейчас является аспирантом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соавтором DESI.

Carousel Lens позволит исследователям изучать темную энергию и темную материю совершенно новыми способами, основываясь на достоверности наблюдательных данных и их вычислительной модели.

«Это крайне необычное выравнивание, которое само по себе станет испытательным полигоном для космологических исследований», — отмечает Натали Паланке-Делабруй, директор физического отделения лаборатории Беркли. «Это также показывает, как визуализация, сделанная для DESI, может быть использована для других научных приложений», таких как исследование тайн темной материи и ускоряющегося расширения Вселенной, которое обусловлено темной энергией.

Больше информации: William Sheu et al, The Carousel Lens: A Well-modeled Strong Lens with Multiple Sources Spectroscopically Confirmed by VLT/MUSE, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad65d3
View the Carousel Lens in the DESI Legacy Survey Viewer Больше информации: William Sheu et al, The Carousel Lens: A Well-modeled Strong Lens with Multiple Sources Spectroscopically Confirmed by VLT/MUSE, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad65d3
View the Carousel Lens in the DESI Legacy Survey Viewer

Источник: Lawrence Berkeley National Laboratory