Иногда вещи в огромной Вселенной выстраиваются в линию именно так, как нам нужно. Кольцо Эйнштейна выше, как и все кольца Эйнштейна, состоит из трех частей. На переднем плане находится далекий массивный объект, например галактика или скопление галактик. На заднем плане, на еще большем расстоянии, находится звезда или другая галактика.
Мы — наблюдатели, третья часть, и все трое должны быть идеально выровнены, чтобы появилось Кольцо Эйнштейна.
Кольцо Эйнштейна (ER) работает по принципу гравитационного линзирования. Массивный объект на переднем плане обладает такой мощной гравитацией, что искривляет пространство-время, а это значит, что свет от удаленного объекта следует по изогнутой траектории. Свет усиливается и принимает форму круга.
Кольца Эйнштейна — это интригующие визуальные диковинки, но они также являются мощными естественными научными инструментами.
Конор О'Риордан, Институт астрофизики Общества Макса Планка, Германия
«Все сильные линзы особенные, потому что они очень редки и невероятно полезны с научной точки зрения».
В этом ER массивный объект переднего плана — галактика NGC 6505, которая деформирует пространство-время вокруг себя. Галактика не уникальна — она просто массивна и находится примерно в 600 миллионах световых лет от нас.
Фоновая галактика также не является чем-то особенным. Она находится в 4,42 миллиарда световых лет от нас, ее никогда раньше не видели, и у нее даже нет названия. Мы видим ее только из-за выравнивания между обеими галактиками и нами.
ESA запустило Euclid в июле 2023 года, и его задача — измерить красное смещение галактик. Таким образом, он может измерить расширение Вселенной, чтобы мы могли надеяться на прогресс в понимании темной энергии и темной материи.
После запуска Euclid прошел фазу тестирования и отправил нам изображения. В целях тестирования они были намеренно не в фокусе. Бруно Альтьери, ученый из команды Euclid, подумал, что увидел что-то необычное на одном из изображений.
«Я смотрю на данные от Евклида по мере их поступления», — объяснил Бруно в пресс-релизе . «Даже с того первого наблюдения я мог это видеть, но после того, как Евклид провел больше наблюдений в этой области, мы смогли увидеть идеальное кольцо Эйнштейна. Для меня, с его давним интересом к гравитационному линзированию, это было потрясающе».
Астрономы много раз наблюдали NGC 6505, галактику переднего плана, но они никогда раньше не видели кольца. После того, как Альтьери заметил кольцо, инструменты высокого разрешения Евклида сделали последующие снимки с кольцом в фокусе. Инструментами являются VIS, камера видимого света, и NISP, спектрометр и фотометр ближнего инфракрасного диапазона.
Валерия Петторино, научный сотрудник проекта ЕКА «Евклид».
«Это показывает, насколько силен Евклид, находящий новое даже в тех местах, которые, как мы думали, хорошо знакомы».
«Я нахожу очень интригующим, что это кольцо было обнаружено в хорошо известной галактике, которая была впервые обнаружена в 1884 году», — говорит Валерия Петторино, ученый проекта ESA Euclid. «Эта галактика известна астрономам уже очень давно. И все же это кольцо никогда раньше не наблюдалось. Это демонстрирует, насколько силен Euclid, находя новые вещи даже в местах, которые, как мы думали, хорошо знаем. Это открытие очень обнадеживает для будущего миссии Euclid и демонстрирует ее фантастические возможности».
Исследование, основанное на открытиях Евклида, было опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics. Оно называется « Евклид: полное кольцо Эйнштейна в NGC 6505 ». Ведущий автор — Конор О'Риордан из Института астрофизики Макса Планка в Германии.
«Кольцо Эйнштейна — пример сильного гравитационного линзирования», — объяснил О'Риордан. «Все сильные линзы особенные, потому что они очень редки и невероятно полезны с научной точки зрения. Это особенно особенное, потому что оно находится так близко к Земле, и выравнивание делает его очень красивым».
«Сочетание низкого красного смещения галактики-линзы, яркости исходной галактики и полноты кольца делает ее исключительно редкой сильной линзой, не идентифицированной до ее наблюдения Евклидом», — пишут авторы в своей статье. Исследователи использовали инструменты Евклида и Keck Cosmic Web Imager (KCWI) для наблюдения кольца. «В частности, изображение Евклида представляет собой одно из самых высоких на сегодняшний день отношений сигнал/шум оптических/ближних инфракрасных наблюдений сильной гравитационной линзы».
Такие сильные линзы позволяют астрономам изучать фоновую галактику, что в противном случае было бы невозможно. Эти линзы также содержат информацию о расширении Вселенной, темной энергии и темной материи. «Сильные линзы можно использовать как «космические телескопы» для достижения более высокого пространственного разрешения при изучении линзированных источников и для проверки общей теории относительности», — объясняют авторы в своем исследовании.
Авторы также отмечают, что изучение самой линзы также полезно. «Наиболее распространенное применение сильного линзирования в масштабах галактики — это изучение самой линзы, которая чаще всего является галактикой раннего типа (ETG)», — пишут они. Все эллиптические галактики считаются галактиками раннего типа.
«Линзы с малым красным смещением по своей сути редки, поскольку при малом красном смещении объем очень мал», — объясняют исследователи в своей статье. «То, что мы наблюдали одну в ранние дни Евклида, ничем не примечательно, но то, что это была явно сильная линза, — это совершенно исключительно».
Миссия Евклида рассчитана на шесть лет. Исследователи говорят, что хотя космический аппарат и найдет больше колец Эйнштейна во время своей миссии, около 100 000, он, скорее всего, никогда не найдет еще одно такое же. «Исключительная природа линзы Альтиери означает, что маловероятно, что Евклид найдет еще одну линзу ниже z?=?0.05 с таким ярким кольцом, как наблюдаемое здесь», — объясняют они.
Низкое красное смещение линзы делает ее исключительно ценной с научной точки зрения. Только пять других имеют схожие низкие красные смещения. «Сильные линзы с низким красным смещением имеют радиусы Эйнштейна, которые сравнительно малы в физических терминах и позволяют детально изучать состав и структуру центральной области галактики», — пишут авторы.
Исследователи смогли определить пекулярную скорость линзовой галактики , что является важным шагом в понимании расширения Вселенной, темной материи и темной энергии. Они также смогли детально смоделировать ее световой профиль.