Гравитационная линза впервые помогла рентгеновским наблюдениям

Астрономам удалось рассмотреть яркую в рентгеновских лучах галактику из молодой Вселенной, свет которой был усилен гравитацией расположенного ближе к Земле скопления галактик. Изученный объект — аналог самых первых галактик во Вселенной, свет которых заново ионизовал вещество 0,5–1 миллиард лет после Большого взрыва, пишут авторы в журнале Nature Astronomy.

Согласно современной теории гравитации — Общей теории относительности Альберта Эйнштейна — масса и энергия искривляют пространство-время, что сказывается на протекании любых процессов, в том числе движении света. В результате возможна ситуация, когда гравитация массивного тела выступит в качестве линзы, усиливая свет расположенного позади источника. Астрономы используют эффект гравитационного линзирования для изучения объектов ранней Вселенной, свет которых вследствие удаленности и расширения пространства слишком слаб для непосредственной регистрации. В частности, подобное увеличение сигнала помогает изучать экстремально далекие галактики, существовавшие порядка одного миллиарда лет после Большого взрыва.

Подобные исследования проводились во многих диапазонах электромагнитного спектра, в том числе в ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном и миллиметровом. Тем не менее, до сих пор гравитационное линзирование не удавалось использовать для наблюдений в рентгеновском диапазоне. Основная проблема заключается в том, что скопления галактик, которые обычно выступают в качестве линз, погружены в протяженные гало из горячего газа, который сам активно светит в рентгеновском диапазоне. Считалось, что линзированные источники не будут достаточно яркими для выделения на фоне собственного излучения скопления.

В работе Мэтью Байлисса (Matthew Bayliss) из Массачусетского технологического института и его коллег описаны впервые проведенные при помощи гравитационного линзирования рентгеновские наблюдения далекой галактики. Красное смещение выступившего в качестве линзы скопления галактик Феникса составило 0,6, а фоновой галактики — 1,52. Свет фоновой галактики был испущен более 9 миллиардов лет назад, когда возраст Вселенной был около 4,2 миллиарда лет.

Галактику случайно нашли в оптическом обзоре, где ее искаженное изображение выглядит как длинная и тонкая голубоватая полоса. Последующие длительные наблюдения на космическом рентгеновском телескопе Chandra позволили зарегистрировать ее высокоэнергетическое излучение. По оценкам ученых, эта галактика гораздо меньше Млечного Пути, но в ней происходит активное звездообразование и уже наблюдается чрезвычайно высокая плотность исключительно крупных и горячих звезд.

Авторы убедились, что видят именно галактику со вспышкой звездообразования, а не с активным ядром, так как соотношения яркости спектральных линий оказались на соответствующем уровне. Астрономы оценивают гравитационное увеличение яркости в 65 ± 20 раз. Восстановленное с помощью математической модели неискаженное изображение показало, что объект является маленькой неправильной галактикой с двумя центрами формирования звезд размером не более килопарсека каждый.

Ученые отмечают, что хоть яркость этого объекта и была заметно увеличена линзой, но сама галактика изначально была весьма тусклой в рентгеновском диапазоне. Это позволяет надеяться, что систематические поиски линзированных высокоэнергетических изображений позволят найти множество подобных примеров. Авторы оценивают, что с использованием следующего поколения рентгеновских телескопов можно надеяться на изучение деталей отдельных областей звездообразования, а также наблюдение экстремально далеких галактик вплоть до красного смещения порядка 10.

Ранее при помощи гравитационных линз удалось увидеть сразу четыре момента жизни одной сверхновой, разглядеть экстремально далекую галактику и измерить расширение Вселенной.