Soms is er een toevallige afstemming - ver weg in het universum, waar objecten worden gescheiden door onvoorstelbare afstanden gemeten in miljarden lichtjaren - wanneer een cluster van sterrenstelsels op de voorgrond licht snijdt van een nog verder verwijderd object. De conjunctie speelt visuele trucs, waarbij de melkwegcluster werkt als een lens en het verre licht lijkt te vergroten en te buigen.
De zeldzame kosmische uitlijning kan het verre universum in beeld brengen. Nu zijn astronomen op een verrassing gestuit: ze hebben het verste kosmische vergrootglas tot nu toe ontdekt.
Hierboven gezien zoals het er 9,6 miljard jaar geleden uitzag, breekt dit elliptische monsterstelsel de vorige recordhouder met 200 miljoen lichtjaar. Het buigt, vervormt en vergroot het verre spiraalstelsel, waarvan het licht 10,7 miljard jaar heeft geduurd om de aarde te bereiken.
"Als je meer dan 9 miljard jaar geleden in het vroege universum kijkt, verwacht je helemaal niet dat je dit soort galaxy-galaxy-lenzen zult tegenkomen", zegt hoofdonderzoeker Kim-Vy Tran van de Texas A&M University in een Hubble-persbericht.
'Stel je voor dat je een vergrootglas dicht bij je houdt en het dan veel verder weg beweegt. Als je door een vergrootglas kijkt dat op armlengte wordt gehouden, is de kans groot dat je een vergroot object ziet. Maar als je het vergrootglas door de kamer beweegt, wordt je kans kleiner dat het vergrootglas bijna perfect op één lijn ligt met een ander object daarbuiten. '
Het team bestudeerde stervorming in gegevens verzameld door het W. M. Keck-observatorium in Hawai'i, toen ze een sterke detectie van heet waterstofgas tegenkwamen dat leek te ontstaan uit een enorm, helder elliptisch sterrenstelsel. Het leek het team vreemd. Hete waterstof is een duidelijk teken van stergeboorte, maar werd ontdekt in een sterrenstelsel dat er veel te oud uitzag om nieuwe sterren te vormen.
'Ik was erg verrast en bezorgd', herinnerde Tran zich. 'Ik dacht dat we een grote fout hadden gemaakt met onze waarnemingen.'
Dus zocht Tran door gearchiveerde Hubble-afbeeldingen, die naast de grotere elliptische trainer een besmeurd, blauw voorwerp onthulden. Het was de duidelijke handtekening van een zwaartekrachtlens.
"We ontdekten dat licht van het lensstelsel en van het achtergrondstelsel in de gegevens op de grond werden gemengd, wat ons in verwarring bracht", zegt coauteur Ivelina Momcheva van de Yale University. "De Keck-spectroscopische gegevens lieten doorschemeren dat hier iets interessants aan de hand was, maar alleen met Hubble's spectroscopie met hoge resolutie waren we in staat het lensstelsel van het verder verwijderde achtergrondstelsel te scheiden en vast te stellen dat de twee zich op verschillende afstanden bevonden. De Hubble-gegevens onthulden ook het veelbetekenende uiterlijk van het systeem, met de voorgrondlens in het midden, geflankeerd door een heldere boog aan de ene kant en een vage vlek aan de andere kant - beide vervormde beelden van het achtergrondstelsel. We hadden de combinatie van beeldvorming en spectroscopie nodig om de puzzel op te lossen. ”
Door de intensiteit van het licht van het achtergrondstelsel te meten, kon het team de totale massa van het sterrenstelsel meten. Al met al weegt hij 180 miljard keer meer dan onze zon. Hoewel dit misschien groot lijkt, weegt het in feite vier keer minder dan het Melkwegstelsel.
"Er zijn honderden lensstelsels die we kennen, maar ze zijn bijna allemaal relatief dichtbij, in kosmische termen", zegt hoofdauteur Kenneth Wong van het Academia Sinica Institute of Astronomy & Astrophysics. “Een lens zo ver weg vinden als deze is een heel bijzondere ontdekking omdat we meer te weten kunnen komen over het gehalte aan donkere materie van sterrenstelsels in het verre verleden. Door onze analyse van dit lensstelsel te vergelijken met de meer nabije lenzen, kunnen we beginnen te begrijpen hoe die inhoud van donkere materie zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld. ”
Interessant is dat het lensstelsel in ondergewicht is wat betreft het gehalte aan donkere materie. In het verleden gingen astronomen ervan uit dat donkere materie en normale materie zich in de loop van de tijd gelijkmatig ophopen in een stelsel. Maar dit sterrenstelsel suggereert dat dit niet het geval is.
De resultaten van het team verschenen in het nummer van 10 juli van The Astrophysical Journal Letters en zijn online beschikbaar.
