Wat dacht je van vier supernova's voor de prijs van één? Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop, Dr. Patrick Kelly van de Universiteit van Californië-Berkeley samen met de teams GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) en Hubble Frontier Fields,ontdekt een supernova op afstand die in vier kopieën van zichzelf is gelicht door de krachtige zwaartekracht van een cluster op de voorgrond. Nagesynchroniseerd SN Refsdal, het object werd ontdekt in de rijke melkwegclusterMACS J1149.6 + 2223 vijf miljard lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Leeuw. Het is de eerste supernova met meerdere lenzen die ooit is ontdekt en een van de meest exotische luchtspiegelingen van de natuur.
Gravitational lensing is voortgekomen uit die van Einstein Relativiteitstheoriewaarin hij voorspelde dat enorme objecten het weefsel zouden buigen en kromtrekken ruimte tijd. Hoe zwaarder het object, hoe ernstiger de buiging. We kunnen ons dit voorstellen door ons voor te stellen dat een kind op een trampoline staat en haar gewicht een kuiltje in de stof drukt. Vervang het kind door een volwassene van 200 pond en het oppervlak van de trampoline zakt nog meer.
Evenzo creëert de massieve zon een diep, maar onzichtbaar kuiltje in het weefsel van de ruimtetijd. De planeten voelen deze ‘kromming van de ruimte’ en rollen letterlijk naar de zon. Alleen hun zijwaartse beweging of impulsmoment zorgt ervoor dat ze niet recht in het inferno van de zon vallen.
Gebogen ruimte gecreëerd door enorme objecten buigt ook lichtstralen. Einstein voorspelde dat licht van een ster die dichtbij de zon passeerde of een ander massief object deze onzichtbare gebogen ruimte zou volgen en zou worden afgebogen van een verder recht pad. In feite fungeert het object als een lens, het buigt en herfocust het licht van de verre bron in een helderder beeld of meerdere en vervormde beelden. Ook bekend als de afbuiging van sterrenlicht, noemen we het tegenwoordig gravitatielensing.
Simulatie van vervormde ruimtetijd rond een enorm cluster van sterrenstelsels in de tijd
Blijkt dat er veel van deze zwaartekrachtlenzen zijn in de vorm van enorme clusters van sterrenstelsels. Ze bevatten zowel gewone materie als enorme hoeveelheden van de nog steeds mysterieuze donkere materie die 96% van het materiële materiaal in het universum uitmaken. Rijke melkwegclusters werken als telescopen - hun enorme massa en krachtige zwaartekracht vergroten en versterken het licht van sterrenstelsels miljarden lichtjaren daarna, waardoor zichtbaar wordt wat anders nooit zou worden gezien.
Laten we terugkeren naar SN Refsdal, genoemd naar Sjur Refsdal, een Noorse astrofysicus die vroeg werk verrichtte op het gebied van zwaartekrachtlensing. Een massief elliptisch sterrenstelsel in de MACS J1149-cluster “lenzen” de 9,4 miljard lichtjaar verre supernova en het gastheerspiraalstelsel van achtergrondonzichtbaarheid naar de schijnwerpers. De krachtige zwaartekracht van de elliptische trainer heeft de ruimtetijd uitstekend vervormd om de supernova in beeld te brengen en vervormt ook de vorm van het gaststelsel en splitst de supernova in vier afzonderlijke, even heldere beelden. Om zo'n nette symmetrie te creëren, moet SN Refsdal precies worden uitgelijnd achter het centrum van de melkweg.
Het scenario vertoont hier een opvallende gelijkenis met Einstein's Cross, een zwaartekrachtlens-quasar, waar het licht van een afgelegen quasar is opgedeeld in vier afbeeldingen die rond het voorgrondlensstelsel zijn gerangschikt. De quasar-beelden flikkeren of veranderen in de loop van de tijd zoals ze zijn gemicroliseerd door de doorgang van individuele sterren in de melkweg. Elke ster werkt als een kleinere lens in de hoofdlens.
Gedetailleerde kleurenafbeeldingen gemaakt door de groepen GLASS en Hubble Frontier Fields laten zien dat het gaststelsel van de supernova ook meervoudig wordt afgebeeld door de zwaartekracht van de melkwegcluster. Volgens hun recent artikel, Kelly en team werken nog steeds aan het verkrijgen van spectra van de supernova om te bepalen of dit het gevolg is van het ongecontroleerd branden en ontploffen van een witte dwergster (Type Ia) of de catastrofale ineenstorting en rebound van een superreus die zonder brandstof kwam te zitten (Type II).
De tijd die het licht nodig heeft om van elk van de lensbeelden naar de aarde te reizen, is anders omdat ze elk een iets ander pad volgen rond het centrum van het lensstelsel. Sommige paden zijn korter, sommige langer. Door de timing helderheid variaties tussen de afzonderlijke afbeeldingen hoopt het team beperkingen op te leggen, niet alleen voor de verdeling van heldere materie versus donkere materie in het lensstelsel en in de cluster, maar gebruikt die informatie om de uitzettingssnelheid van het universum te bepalen.
Je kunt veel uit een kosmische luchtspiegeling persen!
