Труды Альберта Эйнштейна позволили человечеству познать Вселенную. Его Общая теория относительности (ОТО), разработанная в 1915 году, является строительным блоком современной физики – она объясняет гравитацию, основываясь на способности пространства «изгибаться», или, выражаясь точнее, связывает силу тяжести с изменяющейся геометрией пространства-времени. Интересно, что всего четыре года спустя после публикации ОТО, наблюдение за звездами в момент солнечного затмения показало, что массивные тела в космическом масштабе работают подобно линзам. Это открытие подтвердило правильность теории Эйнштейна. Со временем развитие технологий позволило астрономам рассматривать Вселенную буквально под микроскопом. Так, с помощью космического телескопа Hubble в 2019 году астрономам удалось сфотографировать редкое явление под названием «кольцо Эйнштейна» – далекую галактику, изображение которой раздробилось в результате гравитационного линзирования (оно превращает изображения далеких галактик в вытянутые эллипсы или даже кольца). Но самое интригующее фото последних лет, все же, принадлежит телескопу Gaia – недавно с его помощью ученым удалось запечатлеть целых 12 «колец Эйнштейна».

Изображения крестов Эйнштейна сделанные телескопом Gaia. Квазары – это далекие галактики, в центрах которых вращаются черные дыры во много раз больше Солнца. Они окружены плотной газообразной материей.

Маяки Вселенной

Вглядываясь в космическое пространство, астрономы, увы, не могут разглядывать далекие галактики и их скопления так же точно и подробно как Марс, Юпитер и даже Плутон. Но в пугающей, холодной темноте космоса временами можно наткнуться на мощное излучение, источник которого скрывается в ядрах галактик на начальном этапе их формирования. В таких новорожденных галактиках сверхмассивные черные дыры поглощают окружающее вещество, формируя аккреационный диск, который и является источником исключительно мощного излучения и гравитационного космологического красного смещения (предсказано Эйнштейном в ОТО).

Под красным смещением астрофизики понимают явление, при котором длина волны электромагнитного излучения для наблюдателя увеличивается относительно длины волны излучения, испущенного источником. По сути, красное смещение галактики показывает насколько ее свет растянулся или сместился к красному концу спектра (чем дальше космический объект находится от нас, тем более красным будет исходящий от него свет).

Сегодня ученые называют квазары маяками Вселенной, так как они видны с с огромных расстояний, вплоть до красного смещения. Благодаря квазарам астрофизики изучают структуру и эволюцию Вселенной; интересно, что из-за своей удаленности от Земли квазары могут казаться астрономам практически неподвижными. Результаты ранее проведенных исследований по обнаружению квазаров показали, что в далеком прошлом они были более распространенным явлением во Вселенной – исследователи полагают, что пик активности квазаров был примерно 10 миллиардов лет назад.

Открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о времени и пространстве.

Впервые квазары обнаружили в начале 1960-х годов. В те годы никто не знал что могло создать источник мощного излучения и яркого света, который был виден за миллиарды световых лет. Сегодня астрономы знают, что источником являются сверхмассивные черные дыры, поглощающие газ так быстро, что тот нагревается до миллионов градусов, выбрасывая энергию в космос. Какое-то время казалось, что квазары вряд ли могут удивить ученых, но новое исследование показывает, что это совсем не так.

Кресты Эйнштейна

В среднем квазары находятся на расстоянии около 100 миллионов световых лет друг от друга, но на просторах Вселенной чего только не встречается: недавно международная команда ученых смогла сразу обнаружить 12 редких квазаров, каждый из которых представляет собой четыре уникальных и отчетливых четырехкратных изображения – «кресты Эйнштейна». Важность открытия сложно переоценить, поскольку оно может многое рассказать ученым о расширении Вселенной и темной материи.

«Кресты Эйнштейна» – редкое явление в нашей Вселенной. Начиная с 1985 года было обнаружено всего 50 таких объектов; теперь 12 новых добавлены в коллекцию.

Миссия Европейского космического агенства (ЕКА) Gaia была запущена в 2013 году и сходу изменила правила игры из-за своего беспрецедентного пространственного разрешения и способности обозревать все небо каждые несколько месяцев. Используя ряд специальных алгоритмов машинного обучения, рабочая группа Gaia Gravitational Lenses working group (GraL) провела поиск ранее полученных данных (Gaia DR2), чтобы найти кандидатов в квазары.

Сфотографированный «Хабблом» квазар G2237 + 0305. На его примере можно наблюдать явление под названием «крест Эйнштейна».

«Тогда нам нужно было подтвердить, что четыре тесно упакованных изображения были не просто случайным совпадением четырех независимых источников, а действительно четырьмя изображениями одного далекого источника, линзированного промежуточной галактикой», – сказала соавтор исследования Кристин Дюкуран из Университета Бордо в интервью Universe Today.

Проведенные наблюдения подтвердили, что 12 идентифицированных кандидатов в квазары действительно ими оказались. В будущем наличие большего количества доступных для изучения линзовых квазаров с многократным изображением даст астрономам дополнительные возможности для проверки важных космологических параметров. Они включают в себя текущую скорость расширения Вселенной (которая может дать представление о роли темной энергии), а также распределение темной материи в галактиках.

Рабочая группа GraL ожидает, что предстоящие выпуски данных Gaia позволят идентифицировать больше «крестов Эйнштейна». Подробнее ознакомиться с результатами нового исследования можно здесь.