Предсказанное 90 лет назад Эйнштейном гравитационное линзирование было подтверждено наблюдением через четыре года после публикации его работы. Это было сделано благодаря наблюдению искривления света звёзд гравитацией Солнца во время затмения. Десятилетия спустя, с появлением более совершенных телескопов, гравитационное линзирование стало популярным инструментом для изучения Вселенной. Но до недавнего времени никто не видел такого феномена, как «зигзаг Эйнштейна».
Источник изображений: Frédéric Dux
Началось всё с того, что астрономов заинтересовал далёкий квазар J1721+8842. Его первые наблюдения были проведены в 2017 году с помощью панорамного обзорного телескопа и системы быстрого реагирования (Pan-STARRS), расположенной в обсерватории Халеакала на Гавайях. Объект демонстрировал явление гравитационного линзирования, представ на снимках в четырёх экземплярах.
Как объяснил ещё в 1915 году Эйнштейн, материя тесно связана с пространством-временем. Массивные объекты искажают пространство-время, заставляя свет следовать этим изгибам. Изгибы, как линзы, фокусируют и направляют свет, отчего на снимках телескопов один и тот же объект будет двоиться, троиться и быть видимым одновременно в разных точках пространства. Чаще всего наблюдаются одиночные гравитационные линзы. Может быть, потому что их проще обнаружить? Но иногда возникают причудливые явления, такие как крест или кольцо Эйнштейна, когда фокусирующая свет далёкого объекта масса (галактика или скопление галактик вместе с собранной вокруг них тёмной материей) располагаются точно выверенным образом по отношению к объекту.
Квазар J1721+8842 оказался одним из таких уникальных объектов. А подключение к его наблюдению телескопа «Уэбб» сделало открытие поистине редким и первым в истории. Чувствительность «Уэбба» позволила выявить ещё две копии далёкого квазара — всего шесть. Оказалось, что свет от квазара, расположенного на удалении 11 миллиардов световых лет от нас, преломляется двумя массами — он дважды гравитационно линзируется. Сначала его свет преломляется далёкой галактикой на удалении 10 миллиардов световых лет, а затем более близкой к нам галактикой на расстоянии 2,3 миллиарда световых лет от Земли. Все три объекта выровнены таким образом, что свет от квазара как бы совершает зигзаг в пространстве-времени, отклоняясь сначала одной галактикой, а затем другой. Такого эффекта ещё никто не наблюдал.
Копии квазара обозначены буквами, дуги — это копии далёкой галактики (она тоже «размножилась»), в центре — ближняя галактика
Более того, уникальное расположение линзирующих масс и источника света (квазара) позволяет одновременно провести два измерения — установить ограничения на определение постоянной Хаббла и ввести ограничения в уравнения для оценки тёмной энергии. Обычно можно либо одно, либо другое. Одновременная оценка обеих спорных величин даст науке больше, чем другие измерения.
Что касается постоянной Хаббла, то есть намёки на то, что её величина отличается в местной Вселенной и в ранней. Относительно тёмной материи вообще мало что понятно. Она «расталкивает» объекты во Вселенной и чем они дальше друг от друга, тем быстрее разлетаются в стороны. Две точки преломления света от J1721+8842 на разных концах Вселенной — это удобная возможность поискать отличия. Впрочем, учёные предупреждают, что выводы делать рано. Сначала необходима углублённая работа теоретиков с учётом полученных данных, а на это могут уйти годы.