"Двойная" галактика озадачила астрономов Хаббла

Астрономы видели довольно странные вещи, разбросанные по нашей огромной Вселенной, от взрывающихся звезд до столкновений галактик. Итак, можно подумать, что когда они увидят удивительный небесный объект, то смогут его идентифицировать.

Но космический телескоп "Хаббл" обнаружил пару идентичных объектов, которые выглядят настолько странно, что астрономам понадобилось несколько лет, чтобы определить, что это такое, рассказывают в НАСА.

"Мы были действительно потрясены", - сказал астроном Тимоти Гамильтон из Государственного университета Шоуни в Портсмуте, штат Огайо.

Странные объекты состоят из пары галактических выпуклостей (центральная часть галактики, заполненная звездами) и не менее трех почти параллельных разделенных полос. Гамильтон заметил их случайно, используя Хаббл для осмотра коллекции квазаров – пылающих активных галактических ядер.

После переборки тупиковых теорий, обращений за помощью к коллегам и долгих раздумий, Гамильтон и растущая команда во главе с Ричардом Гриффитсом из Гавайского университета в Хило в итоге собрали все подсказки для разгадки тайны.

Линейными объектами были растянутые изображения гравитационно линзированной далекой галактики, расположенной на расстоянии более 11 млрд световых лет. И они оказались зеркальным отражением друг друга.

Команда определила, что огромная гравитация не каталогизированного галактического скопления на переднем плане деформирует пространство, увеличивая, освещая и растягивая изображение далекой галактики за ним – явление, которое называется гравитационным линзированием. Несмотря на то, что опросы Хаббла обнаруживают много таких искажений, вызванных гравитационным линзированием, этот объект вызвал уникальное смущение.

В этом случае точное выравнивание между фоновой галактикой и галактическим скоплением на переднем плане создает двойные увеличенные копии одного и того же изображения удаленной галактики. Это редкое явление возникает из-за того, что фоновая галактика разгибается рябью в ткани пространства. Эти «рябь» - область наибольшего увеличения, вызванного гравитацией плотного количества темной материи – невидимого клея, который составляет большую часть массы Вселенной. Когда свет из далекой галактики проходит через скопление вдоль этих ряби, создаются два зеркальных изображения вместе с третьим изображением, которое можно увидеть сбоку.

Гриффитс сравнивает этот эффект с яркими волнистыми узорами на дне плавательного бассейна. "Представьте себе покрытую рябью поверхность бассейна в солнечный день, которые показываются узорами яркого света на дне бассейна", - объясняет он. "Эти яркие узоры на дне вызваны эффектом, аналогичному гравитационному линзированию. Рябь на поверхности действуют как частичные линзы и фокусируют солнечный свет в яркие извилистые узоры на дне".

Для гравитационно линзированной далекой галактики рябь значительно увеличивают и искажают свет от фоновой галактики, проходящий через скопление. Рябь действуют как несовершенное кривое зеркало, генерирующее двойные копии.

Разгадка тайны

Но это редкое явление не было хорошо известно, когда Гамильтон заметил странные линейные особенности в 2013 году.

Когда он просматривал изображения квазаров, на снимке выделялись зеркальные изображения и параллельные полосы. Гамильтон никогда раньше не видел ничего подобного, как и другие члены команды.

Новости по подобной теме:

		Три "красных монстра" в ранней Вселенной бросают вызов современным моделям формирования галактик
		Уэбб и Хаббл показали жуткую пару галактик
		В далеком космосе обнаружена странная галактика

Поэтому Гамильтон и его команда начали поиски разгадки тайны этих манящих прямых линий, которые впоследствии получили название объекта Гамильтона. Они показали странное изображение коллегам на астрономических конференциях, что вызвало различные попытки объяснения – от космических струн до планетарных туманностей.

Но потом Гриффитс, который не был членом первичной команды, предложил наиболее правдоподобное объяснение, когда Гамильтон показал ему это изображение на встрече НАСА в 2015 году. Это было увеличенное и искаженное изображение, вызванное явлением линзирования, подобное наблюдаемых на изображениях Хаббла других массивных скоплений галактик, которые усиливают изображение очень далеких галактик. Гриффитс подтвердил эту идею, когда узнал о подобном линейном объекте в одном из глубоко кластерных опросов Хаббла.

Однако у исследователей все еще была проблема. Они не смогли идентифицировать линзирующее скопление. Как правило, астрономы, изучающие скопления галактик, сначала видят скопление переднего плана, вызывающее линзирование, а затем находят увеличенные изображения далеких галактик внутри скопления. Поиск в изображениях Слоановского цифрового обзора неба показал, что галактическое скопление находится в той же зоне, что и увеличенные изображения, но оно не фигурирует ни в одном из каталогов. Однако, тот факт, что странные изображения находились в центре кластера, дал понять Гриффитсу, что кластер создает линзированные изображения.

Следующим шагом исследователей было определение того, находятся ли три линзированные изображения на одинаковом расстоянии, а следовательно, являются ли они все искаженными портреты одной далекой галактики. Спектроскопические измерения с помощью обсерваторий Джемини и Кека на Гавайях помогли исследователям подтвердить это, показав, что линзированные изображения принадлежат галактике, расположенной на расстоянии более 11 млрд световых лет от нас.

Удаленная галактика, основываясь на реконструкции третьего линзированного изображения, представляется повернутой стороной, спирального типа с перемычкой, с бурным продолжающимся звездообразованием.

Примерно с проведением Гриффитсом и студентами Хило спектроскопических наблюдений, отдельная группа исследователей из Чикаго идентифицировала скопление и измерила расстояние к нему с помощью данных Слоана. Скопление находится на расстоянии более 7 млрд световых лет от нас.

Но, имея очень мало информации о кластере, команда Гриффитса все еще пыталась понять, как интерпретировать эти необычные формы линз. "Эта гравитационная линза сильно отличается от большинства линз, которые ранее изучались Хабблом, особенно в обзоре скоплений Пограничных полей Хаббла", - пояснил Гриффитс. "Не нужно долго всматриваться в эти скопления, чтобы найти много линз. В этом объекте это единственная линза, которая есть. И мы даже сначала не знали об этом скоплении".

Картирование невидимого

Именно тогда Гриффитс позвонил эксперту по теории гравитационного линзирования, Дженни Вагнер из Гейдельбергского университета в Германии. Вагнер изучала подобные объекты и вместе с коллегой Николасом Тессором, сейчас из Манчестерского университета в Англии, которые разработали компьютерное программное обеспечение для интерпретации таких уникальных линз. Их программное обеспечение помогло команде выяснить, как возникли все три линзированные изображения. Они пришли к выводу, что темная материя вокруг растянутых изображений должна быть "плавно" распределена в пространстве в небольших масштабах.

"Замечательно, что нам нужны только два зеркальных изображения, чтобы получить масштаб несколько комковатой, или нет может быть темная материя в этих местах", - сказала Вагнер. "Здесь мы не используем никаких моделей линз. Мы просто берем наблюдаемые несколько изображений и тот факт, что они могут быть преобразованы друг в друга. Они могут быть сложены друг в друга по нашему методу. Это уже дает нам представление о том, насколько гладкой должна быть темная материя в этих двух местах".

Этот результат важен, сказал Гриффитс, потому что астрономы до сих пор не знают, что такое темная материя, почти через столетие после ее открытия. "Мы знаем, что это какая-то форма материи, но мы понятия не имеем, какая составляющая частица. Поэтому мы не знаем, как она ведет себя вообще. Мы просто знаем, что она имеет массу и подвергается гравитации. Значение ограничений размеров комков или гладкость дают нам некоторые подсказки о том, какой может быть эта частица. Чем меньше комки темной материи, тем массивнее должны быть частицы".

Статья с результатами команды опубликована в сентябрьском номере "Ежемесячных сообщений Королевского астрономического общества".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• гравитационное линзирование
• Галактики