Grawitacja działa jak soczewka. Zagina przestrzeń, skręca czas i powiększa światło, które w przeciwnym razie pozostawałoby ukryte w ciemności. Albert Einstein zasugerował to sto lat temu. Rozumiał, że masywne obiekty mogą zniekształcać strukturę przestrzeni, rozciągając przechodzące przez nią światło z odległych źródeł. Dziś nazywamy to zjawisko soczewkowaniem grawitacyjnym. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykorzystuje to przewidywalne kosmiczne zniekształcenie do obserwacji najstarszych reliktów wszechświata.
To już nie jest tylko teoria. To działające narzędzie w arsenale obserwatoriów. Sprawdź najnowsze zdjęcie wykonane przez JWST, przedstawiające chaotyczną gromadę młodych galaktyk o nazwie MACS J053.4-042. Tutaj „zwierciadło szaleństwa” Einsteina pracuje pełną parą. Zdjęcie przedstawia dwie masywne galaktyki toczące ze sobą walkę, otoczone tłem przyćmionego światła starożytnych gwiazd, wzmocnionego przez ciężar materii pomiędzy nami a wczesnym Wszechświatem.
Zderzenie w gwiazdozbiorze Gołębia
W centrum kadru znajdują się dwie jasne, białe galaktyki-latarnie. Znajdują się w gwiazdozbiorze Gołębia. Według Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) obiekty te nie tylko unoszą się samotnie. Są to centra grawitacyjne ich własnych podgromad, otoczonych przez mniejsze subgalaktyki. Ale tu nie ma spokoju. Następuje kolizja.
Światło, które widzimy na tym zdjęciu, opuściło źródła, gdy Wszechświat miał około 9 miliardów lat, czyli około 4,4 miliarda lat temu. Nie jest to chwila z punktu widzenia ewolucji kosmicznej, ale wieczność dla biologii. Klastry te są w procesie losowego łączenia. Dwie główne galaktyki eliptyczne przeszły już przez swoje jądra. Obecnie dzieli je około 1 milion lat świetlnych. Wyobraź sobie dziesięć Dróg Mlecznych ustawionych w rzędzie. Jest to szerokość luki, która się obecnie zamyka. Po miliardach lat znów się do siebie przyciągną, całkowicie połączą i staną się jednością.
Te dwie gromady nie dogadują się, łącząc się w procesie, który ostatecznie doprowadzi do powstania jednej, gigantycznej galaktyki.
Ale spójrz poza białe centra. Przyjrzyj się krawędziom.
Widzenie niewidzialnego za pomocą soczewkowania grawitacyjnego
Prawdziwa historia kryje się w pomarańczowych łukach. Te zakrzywione wstęgi światła otaczają główne skupisko, niczym uchwyty filiżanki. Nie są częścią grupy lokalnej. Są to galaktyki tła znacznie dalej położone, których światło zostało zakrzywione i rozciągnięte przez grawitację gromady na pierwszym planie. Bez efektu soczewkowania sygnały te byłyby zbyt słabe, aby nawet James Webb mógł je wykryć.
Soczewkowanie grawitacyjne pozwala astronomom badać galaktyki, które powstały niecałe miliard lat po Wielkim Wybuchu. Wzmacnia najcichsze echa wczesnego Wszechświata, zamieniając niewidzialne obiekty w wyraźne cele do eksploracji. Jedynie w lewym łuku zdjęcia widać trzy jasne punkty – to nie są trzy różne galaktyki. To ta sama galaktyka, uchwycona wiele razy, gdy jej światło poruszało się różnymi drogami wokół obiektywu.
Nie jest to rzadka usterka. Zniekształcenie to powtarza się w całym polu widzenia. Każdy wydłużony pomarańczowy pasek oferuje zniekształcone okno na starożytną erę kosmicznej historii. W ten sposób naukowcy potwierdzają, że wczesny Wszechświat tworzył gwiazdy szybciej, niż przewidywały nasze modele. Najstarsze struktury we Wszechświecie są większe i bardziej dojrzałe, niż sugerują obecne teorie kosmologiczne.
Dlaczego soczewkowanie jest ważne w badaniach głębokiego pola
Soczewkowanie grawitacyjne to nie tylko ładny obraz. Jest to główna metoda badania najsłabszych, najstarszych galaktyk. Wykorzystując jeden masywny obiekt kosmiczny (gromadę galaktyk) jako soczewkę do odkrywania innego (odległych starożytnych galaktyk), JWST wypełnia luki na naszej osi czasu. Masa gromady MACS 0453.3-042 działa jak naturalne szkło powiększające, dzięki czemu możemy dostrzec szczegóły, które bez takiej pomocy byłyby zamazane lub niewidoczne.
Naukowcy spodziewają się, że te obserwacje zajmą astronomów przez wiele lat. Każde nowe zdjęcie pokazuje, że powstawanie wczesnych galaktyk było bardziej chaotyczne, szybsze i bardziej złożone, niż sugerowały poprzednie dane. Widzimy Wszechświat w stanie szybkiej budowy, uchwycony w wysokiej rozdzielczości przez najlepszy teleskop w historii. Obiektyw nie wprowadza w błąd. Wszechświat zawsze był bardziej dziki niż myśleliśmy.
A to dopiero początek tego, co będzie mógł zobaczyć ten teleskop.
