Hvad med fire supernovaer til prisen for en? Ved hjælp af Hubble-rumteleskopet, Dr. Patrick Kelly fra University of California-Berkeley sammen med teamet GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) og Hubble Frontier Fields,opdaget en ekstern supernova linseet i fire kopier af sig selv ved hjælp af den kraftige tyngdekraft af en forgrund galakse klynge. Døbt SN Refsdal blev objektet opdaget i den rige galakse klyngeMACS J1149.6 + 2223 fem milliarder lysår fra Jorden i stjernebilledet Leo. Det er den første multilinsede supernova, som hver opdages, og en af naturens mest eksotiske mirages.
Gravitationslinser voksede ud af Einsteins Relativitetsteorihvor han forudsagde, at massive genstande ville bøje og forvride stoffet af rumtid. Jo mere massiv genstand, desto sværere er bøjningen. Vi kan forestille os dette ved at forestille os et barn, der står på en trampolin, hvor hendes vægt presser en hulning ind i stoffet. Udskift barnet med en voksen på 200 pund, og overfladen på trampolinen siver endnu mere.
Tilsvarende skaber den massive sol en dyb, men usynlig kløften i rumtidsstoffet. Planeterne føler denne 'rumkrumning' og ruller bogstaveligt talt mod solen. Kun deres bevægelse i sideretningen eller vinkelmoment forhindrer dem i at falde direkte i solens inferno.
Buet rum skabt af massive genstande bøjer også lysstråler. Einstein forudsagde, at lys fra en stjerne, der passerer nær solen eller en anden massiv genstand, ville følge dette usynlige buede rumlandskab og blive afbøjet fra en ellers lige sti. Faktisk fungerer objektet som en linse, bøjer og refokuserer lyset fra den fjerne kilde til enten et lysere billede eller flere og forvrængede billeder. Også kendt som afbøjning af stjernelys, i dag kalder vi det gravitationslinse.
Simulering af forvrænget rumtid omkring en massiv galakse-klynge over tid
Det viser sig, at der er masser af disse gravitationslinser derude i form af massive galakser. De indeholder regelmæssigt stof såvel som store mængder af den stadig mystiske mørke stof, der udgør 96% af de materielle ting i universet. Rige galakse klynger fungerer som teleskoper - deres enorme masse og kraftige tyngdekraft forstørrer og intensiverer galakernes lys milliarder af lysår ud over, hvilket synliggør det, der ellers aldrig ville blive set.
Lad os vende tilbage til SN Refsdal, opkaldt efter Sjur Refsdal, en norsk astrofysiker, der gjorde tidligt arbejde inden for gravitationslinsering. En massiv elliptisk galakse i MACS J1149-klyngen "linser" den 9,4 milliarder lysårs fjerne supernova og dens værtsspiralgalakse fra baggrundsudydelighed ind i rampelyset. Den elliptiske kraftfulde tyngdekraft, der har gjort et fint stykke arbejde med at fordreje rumtiden for at bringe supernovaen i betragtning, forvrænger også formen af værtsgalaksen og opdeler supernovaen i fire separate, lignende lyse billeder. For at skabe en sådan pæn symmetri skal SN Refsdal være nøjagtigt rettet bag galaksen centrum.
Scenariet her ligner en slående lighed Einsteins Kors, en gravitationslystet lænket quasar, hvor lyset fra en fjerntliggende kvasar er blevet brudt op i fire billeder arrangeret omkring den forgrunde linsegalakse. Kvasarbillederne flimrer eller ændrer sig i lysstyrke over tid, som de er microlensed ved passage af individuelle stjerner i galaksen. Hver stjerne fungerer som en mindre linse i hovedlinsen.
Detaljerede farvebilleder taget af grupperne GLASS og Hubble Frontier Fields viser supernovas værtsgalakse afbildes også flere gange af galaksklyngens tyngdekraft. Ifølge deres nyere papir, Kelly og team arbejder stadig med at få spektra af supernovaen for at afgøre, om det skyldes den ukontrollerede brænding og eksplosion af en hvid dværgstjerne (Type Ia) eller det kataklysmiske sammenbrud og rebound af en supergigantisk stjerne, der løb tør for brændstof (Type II).
Det tager tid at rejse til Jorden fra hvert af de linsede billeder er forskelligt, fordi hver følger en lidt anderledes sti omkring linsegalakseens centrum. Nogle stier er kortere, andre længere. Ved timing af variationer i lysstyrke mellem de enkelte billeder håber teamet at give begrænsninger ikke kun for distributionen af lyst stof kontra mørkt stof i linsegalaksen og i klyngen, men bruger denne information til at bestemme universets ekspansionshastighed.
Du kan klemme meget fra en kosmisk spejling!
