Webb раскрыл космический зал зеркал

Снимок Webb показал, как скопление MACS J0454.1-0300 искажает и многократно отображает далёкие галактики, усиливая их свет до 300 раз. На кадре обнаружены две редкие конфигурации линзирования и сотни галактик, не видимых на снимке Hubble.

«Космический зеркальный зал»: Webb показал эффект гравитационной линзы

Новый снимок месяца телескопа James Webb, созданного NASA, ESA и CSA, демонстрирует один из самых выразительных примеров гравитационного линзирования. Европейское космическое агентство сравнивает изображение с «космическим залом зеркал»: галактики на нём выглядят искривлёнными и многократно повторёнными, словно отражения в необычном аттракционе.

Объекты на снимке связаны со скоплением галактик MACS J0454.1-0300, удалённым от Земли на пять миллиардов световых лет. Оранжевые галактики по одну сторону скопления находятся ещё дальше. Webb наблюдает их такими, какими они были, когда возраст Вселенной составлял примерно восемь миллиардов лет. Поэтому снимок позволяет заглянуть в далёкое прошлое космоса.

Галактики в космическом зеркале

Гравитационное линзирование не только меняет вид далёких галактик — благодаря ему телескопы вообще могут их обнаружить. Это явление возникает, когда массивный объект, например скопление галактик, искривляет пространство-время и тем самым отклоняет проходящий рядом свет от более удалённых источников.

В общей теории относительности Альберта Эйнштейна пространство и время объединены в понятие пространства-времени. Массивные тела вызывают его искривление, а гравитация связана именно с этой кривизной. Свет распространяется по пространству-времени, поэтому его путь также меняется под воздействием массы. Скопления галактик способны искривлять пространство-время настолько сильно, что действуют как гравитационные линзы. ESA Webb описывает это явление как наглядное проявление теории Эйнштейна.

Такая линза работает ещё и как увеличительное стекло: она усиливает свет объектов, которые без этого были бы слишком тусклыми и далёкими для наблюдения. Используя этот эффект вместе с главным зеркалом Webb диаметром 6,5 метра, астрономы неоднократно устанавливали рекорды по обнаружению самых удалённых галактик. Благодаря телескопу человечество смогло увидеть более ранние этапы истории Вселенной, чем когда-либо прежде.

Повторы одной галактики

Гравитационная линза может создавать несколько изображений одного и того же объекта — иногда два, иногда четыре. Для появления четырёх или более изображений требуется редкое сочетание: положение фоновой галактики и форма расположенного перед ней массивного объекта должны совпасть определённым образом. По данным ESA Webb, такая конфигурация наблюдается лишь в 10–20% скоплений галактик.

На новом снимке Webb редкая конфигурация встречается дважды. Впервые удалось увидеть два таких случая в пределах одного и того же скопления галактик. Кроме того, в некоторых участках области линзирования увеличение достигает 300 раз.

Сравнение со снимком Hubble

MACS J0454.1-0300 уже снимал телескоп Hubble: его изображение этой области было опубликовано в 2014 году, за 12 лет до нового снимка Webb. Сравнение двух кадров показывает, насколько различаются возможности телескопов.

На изображении Webb видны сотни галактик, которых нет на более раннем снимке Hubble. Они присутствовали в этой области и раньше, но их свет значительно краснее, а Webb чувствительнее к таким источникам. Новый кадр тем самым показывает не только действие гравитационной линзы, но и разницу в способности телескопов регистрировать слабый свет далёких галактик.

Снимок MACS J0454.1-0300: ESA/Webb, NASA и CSA, L. Furtak, S. Fujimoto.

Изображение области MACS J0454.1-0300, полученное телескопом Hubble в 2014 году: ESA/Hubble и NASA; благодарность — Nick Rose.