Телескоп "Джеймс Уэбб" запечатлел почти идеальное кольцо Эйнштейна

С момента своего официального запуска в июле телескоп "Джеймс Уэбб" передал миру несколько захватывающих изображений. Теперь он продолжает это делать, получив потрясающее изображение почти идеального кольца Эйнштейна — очень особенного и редкого проявления гравитационного линзирования. Галактика, открытая этим кольцом, находится на расстоянии более 12 миллиардов световых лет от нас.

Гравитационное линзирование возникает, когда гравитационное поле очень массивного объекта искажает пространство вокруг него, отклоняя лучи света от более удаленного объекта, находящегося позади него. Затем можно наблюдать полученное изображение этого объекта, увеличенное и искаженное. Кольца Эйнштейна образуются, когда два рассматриваемых объекта (в данном случае две галактики) почти идеально выровнены, один за другим, по отношению к наблюдателю. Точка в центре — это галактика впереди, а круг вокруг нее — это искаженный свет второй галактики, расположенной гораздо дальше.

Галактика, о которой идет речь, называется SPT-S J041839-4751.8. Она была обнаружена прибором Mid-InfraRed Instrument (MIRI) телескопа, который работает в среднем инфракрасном диапазоне. Цветной версией изображения поделился пользователь Reddit - аспирант астрономического факультета по имени Spaceguy44. Он отмечает, что без эффекта гравитационного линзирования мы не смогли бы наблюдать эту далекую галактику. В лучшем случае, она выглядела бы как неясное светящееся пятно, как и многие другие.

Динамика похожа на динамику местных галактик

Это не первый раз, когда "Джеймсу Уэббу" удается запечатлеть кольцо Эйнштейна SPT-S J041839-4751.8: первоначально оно было замечено основным прибором "Уэбба" NIRCam, работающим в ближней инфракрасной области. Spaceguy44 также опубликовал цветную версию изображения, основанную на открытых данных телескопа, но она была не такой четкой.

Данные, полученные MIRI, на этот раз позволили получить гораздо более детальное изображение. В изображении используются три фильтра: фильтр F1000W для красного, фильтр F770W для зеленого и фильтр F560W для синего. Окончательный результат, опубликованный Spaceguy44, был получен с помощью Astropy (библиотека с открытым исходным кодом для языка программирования Python) и обработки в GIMP.

Кольцо Эйнштейна является своего рода увеличением этой далекой галактики, и компьютерные модели позволяют восстановить реальную форму галактики по этому "гравитационному миражу". SPT-S J041839-4751.8 находится на расстоянии около 12,4 миллиарда световых лет от нас, когда возраст Вселенной составлял всего 10% от ее нынешнего возраста. Она была обнаружена в 2020 году благодаря телескопу ALMA, но на тот момент кольцо Эйнштейна имело лишь приблизительное отображение. Ученые ожидали, что молодые галактики будут динамически горячими, хаотичными и крайне нестабильными, но данные показали, что SPT-S J041839-4751.8 имеет динамику, подобную той, которая наблюдается в местной Вселенной.

Окно в рассвет Вселенной

Изучение галактик на таком большом расстоянии позволяет нам больше узнать о формировании и развитии галактик. Именно поэтому гравитационные линзы представляют большой интерес для астрофизиков: они позволяют оценить массу удаленных объектов, а также оценить распределение материи во Вселенной. И хотя образование кольца Эйнштейна происходит относительно редко, это явление уже не раз использовалось.

Первое обнаружение кольца Эйнштейна было зафиксировано в 1988 году группой астрономов на Очень большом массиве под руководством Жаклин Хьюитт, астрофизика из Массачусетского технологического института. Рассмотрев все возможные объяснения наблюдаемой структуры, они пришли к выводу, что только кольцо Эйнштейна — как предсказал физик в 1916 году — дает последовательное объяснение. Последующие работы показали, что это кольцо было образовано излучением далекого квазара, отклоненным галактикой, расположенной между ним и Землей.

Телескоп Хаббл также сделал несколько впечатляющих снимков колец Эйнштейна; однако они не были столь "совершенны", как кольцо, недавно запечатленное Уэббом. В прошлом году новое кольцо Эйнштейна, обнаруженное "Хабблом", рассматривало галактику на расстоянии 9,4 миллиарда световых лет, названную GAL-CLUS-022058s; эта галактика была сильно увеличена и искажена эффектами линзирования (ее яркость увеличилась в 20 раз). Она появилась, когда Вселенная была особенно плодовита на звездообразование.