System oznaczony jako HerS-3 to pierwszy zaobserwowany przypadek Krzyża Einsteina z wyraźnie widocznym piątym obrazem w centrum. Zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, przewidziane przez teorię względności, zwykle tworzy charakterystyczny wzór czterech obrazów odległej galaktyki ułożonych w kształt krzyża. Piąty obraz teoretycznie istnieje, ale zazwyczaj pozostaje niewidoczny z powodu bliskości centralnego obiektu soczewkującego.
W przypadku HerS-3 wszystkie pięć obrazów jest wyraźnie widocznych, co od razu wzbudziło zainteresowanie badaczy. Znanych jest zaledwie kilkadziesiąt podobnych układów w całym wszechświecie, co czyni każde nowe odkrycie niezwykle cennym dla nauki.
Niewidzialna masa zmienia wszystko
Kiedy Charles Keeton z Rutgers University, specjalista od modelowania soczewkowania grawitacyjnego, zobaczył dane, od razu wiedział, że coś jest nie tak. Obecność piątego obrazu wskazywała na niezwykły rozkład masy w systemie, który nie odpowiadał standardowym modelom.
Czytaj także: Astronomowie przewidzieli wybuch. Kometa eksplodowała dzień później
Dokładne analizy komputerowe przeprowadzone przez Keetona i studentkę Lanę Eid wykazały, że cztery widoczne galaktyki na pierwszym planie nie są w stanie samodzielnie wyjaśnić obserwowanego wzorca. Dopiero dodanie niewidzialnego, masywnego składnika pozwoliło matematycznie dopasować model do rzeczywistych obserwacji.
Ten niewidzialny składnik to halo ciemnej materii o masie sięgającej kilku bilionów mas Słońca. Dla porównania, cała nasza Droga Mleczna waży nieco poniżej 2 bilionów mas słonecznych, przy czym około 80% tej masy stanowi właśnie ciemna materia. Odkryte halo jest więc porównywalne masą do całej naszej galaktyki, która prze cież składa się z kilkuset miliardów gwiazd.
Nowoczesne technologie w służbie nauki
Odkrycie było możliwe dzięki współpracy kilku zaawansowanych obserwatoriów astronomicznych. Badacze wykorzystali między innymi radioteleskopy NOEMA we francuskich Alpach oraz ALMA w Chile, które specjalizują się w obserwacjach w zakresie fal milimetrowych i submilimetrowych. Dodatkowe dane pochodziły z Karl G. Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
Każdy z tych instrumentów dostarczył unikalnych informacji o systemie HerS-3, umożliwiając kompleksową analizę całego zjawiska. Międzynarodowa współpraca i wsparcie finansowe przez National Science Foundation oraz NASA okazały się kluczowe dla powodzenia całego projektu.
Co to oznacza dla badań nad ciemną materią?
System HerS-3 działa jak naturalne laboratorium, pozwalając astronomom jednocześnie badać odległą galaktykę i niewidzialną materię, która zakrzywia jej światło. To unikalne połączenie daje bezprecedensowe możliwości analizy struktury ciemnej materii.
Badacze przewidują, że przyszłe obserwacje mogą ujawnić dodatkowe szczegóły systemu, takie jak wypływający gaz z badanej galaktyki. Potwierdzenie tych przewidywań stanowiłoby mocny argument za poprawnością obecnych modeli, podczas gdy ich brak zmusiłby naukowców do rewizji części teorii.
Czytaj także: 8,8 miliona ton kosmicznego pyłu spadło na Ziemię. Ta katastrofa mogła zgładzić całe prehistoryczne kultury
Wyniki badań opublikowano w prestiżowym periodyku The Astrophysical Journal. Choć ciemna materia wciąż pozostaje hipotetyczna, takie odkrycia pomagają nakładać na nią coraz większe ograniczenia i lepiej zrozumieć jej właściwości.
HerS-3 otwiera nowe możliwości badania niewidzialnej architektury wszechświata. Dzięki takim układom astronomowie mogą lepiej zrozumieć, jak ciemna materia kształtuje strukturę kosmosu na największych skalach i wpływa na ewolucję galaktyk przez miliardy lat. To kolejny krok w długim procesie rozwiązywania jednej z największych zagadek współczesnej astrofizyki.