Odkryto eksplozję supernowej za pomocą soczewkowania grawitacyjnego

Naukowcy uzyskali wgląd w to, jak rozszerza się Wszechświat dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego.

Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, czas i przestrzeń są połączone w jednolitą strukturę nazywaną czasoprzestrzenią. Teoria ta sugeruje, że masywne obiekty, takie jak galaktyki lub gromady galaktyk, mogą zakrzywiać czasoprzestrzeń. Soczewkowanie grawitacyjne stanowi rzadki, ale obserwowalny przykład działania tej teorii; masa dużego ciała niebieskiego może znacząco zakrzywić trajektorię światła, gdy to przechodzi przez czasoprzestrzeń. Poprzez obserwację zniekształceń wizualnych wynikających z tego zjawiska, naukowcy są w stanie dostrzec obiekty, które zazwyczaj byłyby zbyt odległe i słabe, aby je zobaczyć.

Ostatnio, międzynarodowy zespół naukowców dokonał odkrycia niezwykle rzadkiej supernowej soczewkowanej grawitacyjnie, którą nazwano SN Zwicky. Ta wyjątkowa supernowa, oddalona o ponad 4 miliardy lat świetlnych, została powiększona prawie 25-krotnie przez galaktykę znajdującą się na pierwszym planie, która działała jak soczewka. To odkrycie stanowi niezwykłą okazję dla astronomów, aby zgłębić wiedzę na temat wewnętrznych jąder galaktyk, ciemnej materii i mechanizmów ekspansji Wszechświata. Naukowcy opublikowali swoje wyniki – włączając w to kompleksową analizę, dane spektroskopowe oraz obrazowanie SN Zwicky – w czasopiśmie Nature Astronomy 12 czerwca 2023 roku.

Odkrycie SN Zwicky nie tylko ujawnia niezwykłe możliwości nowoczesnych instrumentów astronomicznych, ale także stanowi istotny postęp w naszym dążeniu do poznania fundamentalnych sił, które kształtują nasz Wszechświat – powiedział główny autor artykułu Ariel Goobar, który jest również dyrektorem Centrum Oskara Kleina na Uniwersytecie Sztokholmskim.

Początkowo zaobserwowana przez Zwicky Transient Facility (ZTF), supernowa SN Zwicky, szybko wzbudziła zainteresowanie ze względu na swoją niezwykłą jasność. Następnie zespół badawczy skorzystał z instrumentów z optyką adaptatywną w Obserwatorium W.M. Kecka, Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) oraz Kosmicznym Teleskopie Hubble'a, aby przeprowadzić obserwacje SN Zwicky z czterech różnych pozycji na niebie. Potwierdzili, że niezwykły blask supernowej jest wynikiem zjawiska soczewkowania grawitacyjnego.

Według dr. hab. Igora Andreoniego z Wydziału Astronomii UMD oraz Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard, supernowe, takie jak SN Zwicky, odgrywają istotną rolę we wspomaganiu naukowców w precyzyjnym pomiarze odległości kosmicznych.

SN Zwicky nie tylko ulega powiększeniu przez soczewkę grawitacyjną, ale również należy do klasy supernowych, znanych jako „świece standardowe”. Dzięki temu, że dobrze znamy ich jasności, możemy określić odległość w przestrzeni – powiedział Andreoni. Gdy źródło światła jest daleko, jego intensywność jest słabsza – podobnie jak w przypadku świec w ciemnym pokoju. To pozwala nam porównać dwa źródła światła i otrzymać niezależną miarę odległości, bez konieczności analizowania samej galaktyki.

SN Zwicky nie tylko pełni funkcję miernika kosmicznej odległości, ale również otwiera nowe możliwości badawcze dla naukowców zajmujących się badaniem galaktyk i ich właściwości, w tym ciemnej materii. Ciemna materia stanowi większość materii we Wszechświecie i nie oddziałuje z promieniowaniem elektromagnetycznym, nie pochłania go, nie odbija ani nie emituje światła. Jednak soczewkowane supernowe, takie jak SN Zwicky, dają nadzieję naukowcom na wykorzystanie ich do badania ciemnej energii (tajemniczej siły przeciwdziałającej grawitacji, odpowiedzialnej za przyspieszoną ekspansję Wszechświata). Badanie soczewkowanych supernowych może pomóc w doskonaleniu obecnych modeli opisujących ekspansję Wszechświata oraz w precyzyjnym określaniu wartości stałej Hubble'a, która opisuje tempo rozszerzania się Wszechświata.

Dla Anderoniego sukces zespołu w identyfikacji i analizie SN Zwicky to dopiero początek. Obecnie, wciąż będąc w fazie budowy, Obserwatorium Very Rubin w Chile planuje rozpocząć pełną działalność w 2024 roku. Jego głównym celem będzie przeprowadzanie obserwacji całego nieba w celu identyfikacji innych supernowych i planetoid. Zespół Andreoniego wierzy, że taktyka „dużego obrazu”, która przyniosła sukces w przypadku SN Zwicky, będzie nadal pomocna naukowcom w zbieraniu znacznej ilości danych dotyczących zjawisk niebieskich na niebie.

Odkrycie to otwiera nowe możliwości dla odnalezienia większej liczby rzadkich soczewkowanych supernowych w przyszłych obszernych przeglądach astronomicznych. Te odkrycia będą kluczowe dla badania przejściowych zjawisk astronomicznych, takich jak supernowe i rozbłyski gamma – powiedział Andreoni. Nie możemy się doczekać kolejnych nieoczekiwanych odkryć, które przyniosą nam szerokie, nieukierunkowane przeglądy optyczne nieba, takie jak ten, który pomógł nam zidentyfikować SN Zwicky.

Więcej informacji:

Źródło: University of Maryland

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Zbliżenie na SN Zwicky, soczewkowaną grawitacyjnie supernową. Zdjęcie dzięki uprzejmości J. Johanssona, Uniwersytet Sztokholmski

soczewkowanie grawitacyjne