Os astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA observaram pela primeira vez uma supernova distante dividido em quatro imagens. As imagens múltiplas da estrela de explosão são causados pela poderosa lente de gravidade de uma galáxia elíptica de primeiro plano incorporado em um conjunto maciço de galáxias.
Esta observação única irá ajudar os astrônomos a refinar suas estimativas sobre a quantidade e distribuição da matéria escura na galáxia de lente e cluster. A matéria escura não pode ser visto diretamente, mas acredita-se que compõem a maior parte da massa do universo.
A gravidade de ambos a galáxia elíptica que os distorce no aglomerado de galáxias e amplia a luz da supernova atrás deles, em um efeito chamado de lente gravitacional prevista por Albert Einstein, este efeito é semelhante a uma lente de vidro cuja a luz se dobra para ampliar e distorcer a imagem de um objeto por trás dele. As várias imagens são dispostos ao redor da galáxia elíptica em um padrão em forma de cruz chamado de Cruz de Einstein, um nome originalmente dado a um determinado quasar que multiplicam a imagem fotografada, do núcleo brilhante de uma galáxia ativa.
A galáxia elíptica e seu cluster, MACS J1149.6 + 2223, estão a 5 bilhões de anos-luz da Terra. A supernova por trás dele é de 9,3 bilhões de anos-luz de distância.
Embora os astrônomos descobriram dezenas de galáxias e quasares se multiplicando, eles nunca viram uma explosão estelar resolvido em várias imagens. "Isso realmente me deixou surpreso quando vi as quatro imagens que cercam a galáxia - foi uma surpresa completa", disse Patrick Kelly, da Universidade da Califórnia, Berkeley, um membro do Inquérito Amplified Grism Lens from Space (vidro) colaboração . O grupo VIDRO está trabalhando com a equipe Frontier Field Supernova (FrontierSN) para analisar a estrela da explosão. Kelly é também o autor principal do artigo da ciência, que foi exibido no dia 6 de março, em uma edição especial da revista Science celebrando o centenário da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.
Quando as quatro imagens desaparecer, os astrônomos prever que eles terão uma rara oportunidade para pegar uma reprise da supernova. Isso ocorre porque o padrão de quatro na imagem atual é apenas uma parte da tela das lentes. A supernova pode ter aparecido como uma imagem única há 20 anos em outras partes do campo de cluster, e espera-se para reaparecer mais uma vez dentro dos próximos cinco anos.
Esta previsão é baseada em modelos de computador do cluster, que descrevem os vários caminhos da luz da supernova que está tomando através do labirinto de matéria escura no agrupamento galáctico. Cada imagem toma uma via diferente através do agrupamento e chega a um tempo diferente, devido, em parte, a diferenças no comprimento dos percursos que a luz segue para chegar à Terra. As quatro imagens capturadas pelo Hubble da supernova, por exemplo, apareceu dentro de alguns dias ou semanas uma da outra.
vários trajetos de luz da Supernova são análogos aos vários comboios que deixam uma estação, ao mesmo tempo, todos a viajar na mesma velocidade que se dirija para o mesmo local. mas cada trem, no entanto, tem um percurso diferente, e a distância para cada ligação não é o mesmo. Alguns trens viajam pelas colinas. Outros vão por vales, e outros ainda engole ao redor de montanhas. Porque os trens viajam ao longo de caminhos diferentes e comprimentos de trilha em terrenos diferente, eles não chegam ao seu destino, ao mesmo tempo. Da mesma forma, as imagens desta supernovas não aparecem ao mesmo tempo, porque uma parte da luz é adiada por viajar em torno de curvas criadas pela gravidade da matéria escura no denso no aglomerado de galáxias que vem a intervir.
"Nosso modelo de matéria escura no aglomerado nos dá a previsão de quando a próxima imagem será exibida porque nos diz quanto tempo cada trilho de trem é, que se correlaciona com o tempo", disse Steve Rodney, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Maryland , líder da equipe FrontierSN. "Nós já perdemos um que achamos que surgiu há cerca de 20 anos atrás, e encontramos estas quatro imagens depois que eles já tinham aparecido. A previsão desta imagem no futuro é o que é mais emocionante porque nós podemos ser capaz de pegá-lo. Esperamos para voltar a este campo com o Hubble, e vamos continuar olhando para ver quando a imagem seguinte estiver esperando para aparecer. "
Medindo os atrasos de tempo entre as imagens elas nos oferecem pistas para o tipo de entortamento do espaço-terreno e a luz da supernova que teve que cobrir e vai ajudar os astrônomos a refinar os modelos que mapeiam a massa do cluster. "Vamos medir os atrasos de tempo, e nós vamos voltar para os modelos e compará-las com as previsões do modelo dos caminhos de luz", disse Kelly. "Os modeladores de lentes, como Adi Zitrin (California Institute of Technology) e da nossa equipe, então será capaz de ajustar seus modelos para recriar mais precisamente a paisagem da matéria escura, que determina o tempo de viagem da luz."
Ao fazer uma busca de rotina dos dados da equipe VIDRO, Kelly viu as quatro imagens da estrela de explosão de supernova em 11 de novembro de 2014. As equipes FrontierSN e vidro foram à procura de tais explosões altamente ampliada desde 2013, e este objeto é a sua descoberta mais espetacular.
A supernova aparece cerca de 20 vezes mais brilhante do que o seu brilho natural, devido aos efeitos combinados das duas lentes sobrepostas. O efeito de lente gravitacional dominante é a partir do aglomerado de galáxias em massa, que se concentra a luz da supernova ao longo de pelo menos três caminhos distintos. Um efeito de lente gravitacional secundário ocorre quando um desses caminhos de luz passa a ser precisamente alinhado com uma galáxia elíptica específica dentro do cluster. "A matéria escura do que a galáxia do indivíduo então dobra e reorienta a luz em mais quatro caminhos", Rodney explicou, "gerando o padrão rara a Cruz de Einstein que atualmente estamos observando."
As duas equipes passaram uma semana analisando a luz do objeto, confirmando que era a assinatura de uma supernova. Eles, então, viraram-se para o W.M. Keck Observatory em Mauna Kea, no Havaí, para medir a distância e a galáxia hospedeira da supernova.
Os astrônomos apelidaram de supernova Refsdal em homenagem ao astrônomo norueguês Sjur Refsdal, que, em 1964, proposto pela primeira vez o uso de imagens de retardo de tempo a partir de uma supernova lensed para estudar a expansão do universo. "Os astrônomos têm procurado encontrar uma desde então", disse Tommaso Treu da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, o investigador principal do projeto de vidro. "A longa espera finalmente acabou!"
A pesquisa Frontier Campos é um programa de três anos que usam Hubble e os efeitos gravitacionais-Lensing de seis aglomerados de galáxias maciças para investigar não apenas o que está dentro dos aglomerados, mas também o que está além deles. A três anos FrontierSN estudos programa supernovas que aparecem em e ao redor dos aglomerados de galáxias dos campos Frontier e pesquisas de vidro. A pesquisa VIDRO está usando recursos do espectroscópicos do Hubble para estudar galáxias remotas através dos telescópios cósmicos de 10 aglomerados de galáxias maciças, incluindo seis no Campos Frontier.
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