Noen ganger er det en sjanseinnretting - langt borte i universet, der objekter er atskilt med ufattelige avstander målt i milliarder lysår - når en galakse i klyngen skjærer lys fra et enda fjernere objekt. Konjunksjonen spiller visuelle triks, der galakse-klyngen fungerer som en linse, og ser ut til å forstørre og bøye det fjerne lyset.
Den sjeldne kosmiske justeringen kan bringe det fjerne universet i sikte. Nå har astronomer snublet over en overraskelse: de har oppdaget det fjerneste kosmiske lupen ennå.
Sett ovenfor slik den så ut for 9,6 milliarder år siden, bryter denne monster elliptiske galaksen den forrige rekordholderen med 200 millioner lysår. Det bøyer, forvrenger og forstørrer den fjerne spiralgalaksen, hvis lys har tatt 10,7 milliarder år å nå jorden.
"Når du ser for mer enn 9 milliarder år siden i det tidlige universet, forventer du ikke å finne denne typen galakse-galakselinser i det hele tatt," sa hovedforsker Kim-Vy Tran fra Texas A&M University i en pressemelding fra Hubble.
«Se for deg å holde et forstørrelsesglass nær deg, og flytt det så mye lenger unna. Når du ser gjennom et forstørrelsesglass holdt på armlengdes avstand, er sjansen for at du ser et forstørret objekt store. Men hvis du beveger lupen over rommet, blir sjansene dine for å se lupen nesten perfekt på linje med et annet objekt utenfor det. "
Teamet studerte stjernedannelse i data samlet inn av W. M. Keck-observatoriet på Hawai’i, da de kom over en sterk påvisning av varm hydrogengass som så ut til å danne en massiv, lys elliptisk galakse. Det slo laget som merkelig. Varmt hydrogen er et tydelig tegn på stjernefødsel, men det ble oppdaget i en galakse som så altfor gammel ut til å danne nye stjerner.
"Jeg ble veldig overrasket og bekymret," husket Tran. "Jeg trodde vi hadde gjort en stor feil med observasjonene våre."
Så Tran gravde gjennom arkiverte Hubble-bilder, som avslørte en utsmurt, blå gjenstand ved siden av den større elliptiske. Det var den klare signaturen til en gravitasjonslinse.
"Vi oppdaget at lys fra linsegalaksen og fra bakgrunnsgalaksen ble blandet inn i de bakkebaserte dataene, noe som var forvirrende," sa medforfatter Ivelina Momcheva ved Yale University. "Keck-spektroskopiske data antydet at noe interessant foregikk her, men bare med Hubbles høyoppløselige spektroskopi kunne vi skille linsegalaksen fra den fjernere bakgrunnsgalakse og fastslå at de to hadde forskjellige avstander. Hubble-dataene avslørte også det beskjedne utseendet til systemet, med forgrundsobjektivet i midten, flankert av en lys bue på den ene siden og en svak flekk på den andre - begge forvrengte bilder av bakgrunnsgalaksen. Vi trengte kombinasjonen av bildebehandling og spektroskopi for å løse gåten. ”
Ved å måle intensiteten i bakgrunnsgalakseens lys, var teamet i stand til å måle den gigantiske galakas totale masse. Alt i alt veier den 180 milliarder ganger mer enn vår sol. Selv om dette kan virke stort, veier den faktisk fire ganger mindre enn Melkeveis galaksen.
"Det er hundrevis av linsegalakser som vi vet om, men nesten alle av dem er relativt nærliggende, i kosmiske termer," sa hovedforfatter Kenneth Wong fra Academia Sinica Institute of Astronomy & Astrophysics. Å finne et objektiv så langt borte som dette er en veldig spesiell oppdagelse fordi vi kan lære om mørkstoffinnholdet i galakser i den fjerne fortiden. Ved å sammenligne vår analyse av denne linsegalaksen med de mer linsene i nærheten, kan vi begynne å forstå hvordan det mørke stoffinnholdet har utviklet seg over tid.
Interessant nok er linsegalaksen undervektig med tanke på dens mørke materieinnhold. Tidligere har astronomer antatt at mørk materie og normal materie bygger seg like opp i en galakse over tid. Men denne galaksen antyder at dette ikke er tilfelle.
Teamets resultater ble vist i 10. juli-utgaven av The Astrophysical Journal Letters og er tilgjengelige online.
