Làm thế nào về bốn siêu tân tinh cho giá của một? Sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble, Tiến sĩ Patrick Kelly thuộc Đại học California-Berkeley cùng với GLASS (Khảo sát khuếch đại thấu kính thấu kính từ không gian) và các nhóm Hubble Frontier Field,đã phát hiện một siêu tân tinh từ xa được thấu kính thành bốn bản sao của chính nó bởi lực hấp dẫn mạnh mẽ của cụm thiên hà tiền cảnh. Được đặt tên là SN Refsdal, vật thể được phát hiện trong cụm thiên hà giàu cóMACS J1149.6 + 2223 Năm tỷ năm ánh sáng từ Trái đất trong chòm sao Leo. Nó là siêu tân tinh đa thấu kính đầu tiên được phát hiện và là một trong những thiên nhiên kỳ lạ nhất.
Thấu kính hấp dẫn phát triển từ Einstein Thuyết tương đốitrong đó ông dự đoán các vật thể lớn sẽ uốn cong và làm cong vải không thời gian. Vật thể càng lớn, uốn càng nghiêm trọng. Chúng ta có thể hình dung điều này bằng cách tưởng tượng một đứa trẻ đứng trên tấm bạt lò xo, trọng lượng của cô ấn một lúm đồng tiền vào vải. Thay thế đứa trẻ bằng một người lớn 200 pound và bề mặt của tấm bạt lò xo thậm chí còn nhiều hơn.
Tương tự, Mặt trời to lớn tạo ra một vết lõm sâu nhưng vô hình trong kết cấu không thời gian. Các hành tinh cảm nhận được độ cong của không gian này và theo nghĩa đen lăn về phía Mặt trời. Chỉ có chuyển động ngang hoặc động lượng góc của chúng giữ cho chúng không rơi thẳng vào địa ngục mặt trời.
Không gian cong được tạo ra bởi các vật thể lớn cũng làm cong các tia sáng. Einstein dự đoán rằng ánh sáng từ một ngôi sao đi qua gần Mặt trời hoặc vật thể to lớn khác sẽ đi theo không gian cong vô hình này và bị lệch khỏi một con đường thẳng khác. Trong thực tế, vật thể hoạt động như một thấu kính, uốn cong và tái tập trung ánh sáng từ nguồn xa thành hình ảnh sáng hơn hoặc hình ảnh nhiều và bị biến dạng. Còn được gọi là độ lệch của ánh sáng sao, ngày nay chúng ta gọi nó là thấu kính hấp dẫn.
Mô phỏng không thời gian bị biến dạng xung quanh cụm thiên hà khổng lồ theo thời gian
Hóa ra có rất nhiều thấu kính hấp dẫn ngoài kia dưới dạng các cụm thiên hà khổng lồ. Chúng chứa vật chất thường xuyên cũng như số lượng lớn vật chất tối vẫn còn bí ẩn chiếm tới 96% vật chất trong vũ trụ. Các cụm thiên hà giàu có hoạt động giống như kính viễn vọng - khối lượng khổng lồ và lực hấp dẫn mạnh mẽ của chúng phóng đại và tăng cường ánh sáng của các thiên hà hàng tỷ năm ánh sáng, cho thấy những gì không thể nhìn thấy.
Hãy để trở lại SN Refsdal, đặt tên cho Sjur Refsdal, một nhà vật lý thiên văn người Na Uy, người đã làm việc sớm trong lĩnh vực thấu kính hấp dẫn. Một thiên hà hình elip khổng lồ trong cụm ống kính MACS J1149, siêu sao xa xôi 9,4 tỷ năm ánh sáng và thiên hà xoắn ốc chủ của nó từ che khuất nền dưới ánh đèn sân khấu. Lực hấp dẫn mạnh mẽ hình elip, đã làm rất tốt việc làm biến dạng không thời gian để đưa siêu tân tinh vào tầm nhìn cũng làm biến dạng hình dạng của thiên hà chủ và chia siêu tân tinh thành bốn hình ảnh sáng tương tự nhau. Để tạo sự đối xứng gọn gàng như vậy, SN Refsdal phải được căn chỉnh chính xác phía sau trung tâm thiên hà.
Kịch bản ở đây mang một sự tương đồng đáng kinh ngạc với Einstein Cross Cross, một quasar được thấu kính hấp dẫn, trong đó ánh sáng của một quasar từ xa đã bị phá vỡ thành bốn hình ảnh được sắp xếp về thiên hà thấu kính phía trước. Các hình ảnh quasar nhấp nháy hoặc thay đổi độ sáng theo thời gian khi chúng vi lọc bởi sự đi qua của các ngôi sao riêng lẻ trong thiên hà. Mỗi ngôi sao hoạt động như một ống kính nhỏ hơn trong ống kính chính.
Hình ảnh màu chi tiết được chụp bởi các nhóm GLASS và Hubble Frontier Field cho thấy thiên hà chủ siêu tân tinh cũng được nhân lên nhiều lần bởi lực hấp dẫn của cụm thiên hà. Theo họ giấy gần đây, Kelly và nhóm nghiên cứu vẫn đang làm việc để thu được quang phổ của siêu tân tinh để xác định xem liệu đó có phải là do sự cháy và nổ không kiểm soát của một ngôi sao lùn trắng (Loại Ia) hay sự sụp đổ thảm khốc và sự phục hồi của một ngôi sao siêu nhiên bị cạn kiệt (Loại II).
Ánh sáng thời gian để đi đến Trái đất từ mỗi hình ảnh được thấu kính là khác nhau vì mỗi hình ảnh đi theo một con đường hơi khác nhau xung quanh trung tâm của thiên hà thấu kính. Một số đường dẫn ngắn hơn, một số dài hơn. Theo thời gian độ sáng thay đổi giữa các hình ảnh riêng lẻ, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ cung cấp các ràng buộc không chỉ về sự phân bố vật chất sáng và vật chất tối trong thiên hà thấu kính và trong cụm mà còn sử dụng thông tin đó để xác định tốc độ giãn nở của vũ trụ.
Bạn có thể ép rất nhiều từ một ảo ảnh vũ trụ!
