Hva med fire supernovaer for prisen av en? Ved å bruke Hubble-romteleskopet, Dr. Patrick Kelly fra University of California-Berkeley sammen med teamet GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) og Hubble Frontier Fields,oppdaget en ekstern supernova limt inn i fire eksemplarer av seg selv av den kraftige tyngdekraften til en forgrunnen galakse klynge. Objektet ble kalt SN Refsdal, og ble oppdaget i den rike galakse-klyngenMACS J1149.6 + 2223 fem milliarder lysår fra Jorden i stjernebildet Leo. Det er den første multilinsede supernovaen som hver oppdages og en av naturens mest eksotiske speilinger.
Gravitasjonslinser vokste ut av Einsteins Relativitetsteorienhvor han spådde at massive gjenstander ville bøye seg og forvrenge stoffet til romtid. Jo mer massiv gjenstand, desto mer alvorlig er bøyningen. Vi kan forestille oss dette ved å forestille oss et barn som står på en trampoline, og vekten hennes trykker en grov inn i stoffet. Bytt ut barnet med en voksen på 200 kilo, og overflaten på trampolinen drar seg enda mer.
Tilsvarende skaper den enorme solen en dyp, men usynlig hulplass i stoffet i romtiden. Planetene føler denne ‘romets krumning’ og ruller bokstavelig talt mot Solen. Bare sidebevegelsen eller vinkelmomentet forhindrer dem i å falle rett inn i solens inferno.
Buet rom skapt av massive gjenstander bøyer også lysstråler. Einstein spådde at lys fra en stjerne som passerte nær solen eller en annen massiv gjenstand, ville følge dette usynlige buede romfartsbildet og bli avbøyd fra en ellers rett sti. Faktisk fungerer objektet som en linse, bøyer og fokuserer lyset fra fjernkilden inn i enten et lysere bilde eller flere og forvrengte bilder. Også kjent som avbøyning av stjernelys, i dag kaller vi det gravitasjonslinsing.
Simulering av forvrengt romtid rundt en massiv galakse-klynge over tid
Det viser seg at det er mange av disse gravitasjonslinsene der ute i form av enorme galakser. De inneholder regelmessig stoff så vel som store mengder av den fortsatt mystiske mørke materien som utgjør 96% av de materielle tingene i universet. Rike galakse klynger fungerer som teleskoper - deres enorme masse og kraftige tyngdekraft forsterker og forsterker galaksenes lys milliarder av lysår utover, og synliggjør det som ellers aldri ville bli sett.
La oss komme tilbake til SN Refsdal, oppkalt etter Sjur Refsdal, en norsk astrofysiker som tidlig jobbet innen gravitasjonslinser. En massiv elliptisk galakse i MACS J1149-klyngen “linser” den 9,4 milliarder lysårs fjerne supernovaen og dens vertsspiralgalakse fra bakgrunnsuskelhet inn i rampelyset. Ellipsens kraftige tyngdekraft etter å ha gjort en fin jobb med å forvrenge romtiden for å bringe supernovaen i sikte, forvrenger også formen til vertsgalaksen og deler supernovaen i fire separate, lignende lyse bilder. For å lage en så ryddig symmetri, må SN Refsdal være nøyaktig på linje bak galaksens sentrum.
Scenariet her ligner en påfallende Einsteins kors, en gravitasjonslystet linsekvasar, der lyset fra en ekstern kvasar har blitt brutt i fire bilder arrangert om forgrunnen linsegalakse. Kvasarbildene flimrer eller endres i lysstyrke over tid som de er microlensed ved passering av individuelle stjerner i galaksen. Hver stjerne fungerer som et mindre objektiv i hovedlinsen.
Detaljerte fargebilder tatt av gruppene GLASS og Hubble Frontier Fields viser at supernovas vertsgalakse er også flere bilder av galakse-gruppens tyngdekraft. I følge deres nyere papir, Kelly og teamet jobber fremdeles med å skaffe spektra av supernovaen for å avgjøre om det skyldtes ukontrollert brenning og eksplosjon av en hvit dvergstjerne (Type Ia) eller den kataklysmiske kollaps og rebound av en supergiant stjerne som gikk tom for drivstoff (Type II).
Det tar forskjellig tid for å reise til Jorden fra hvert av de linsede bildene, fordi hvert følger en litt annen bane rundt sentrum av linsegalaksen. Noen stier er kortere, andre lengre. Ved timing av lysstyrkevariasjoner mellom de enkelte bildene håper teamet å gi begrensninger ikke bare for distribusjon av lyse materie kontra mørk materie i linsegalaksen og i klyngen, men bruker denne informasjonen for å bestemme ekspansjonshastigheten til universet.
Du kan klemme mye fra et kosmisk speil!
