Ovaj duuugi članak je objavljen na Space.com-u. Unatoč tome, vrlo je ozbiljan i prilično sadržajan.
Izraz Einsteinov cik-cak se spominje čak i u naslovu znanstvenog rada čije je objavljivanje povod nastanku donjeg članka! https://arxiv.org/pdf/2411.04177
|
Priredio i prilagodio:
Zoran Knez AstroMosor |
Prva slika
Na jednoj Webbovoj slici se vidi šest projekcija kvazara J1721+8842, što je prvi uočeni Einsteinov cik-cak.
Svemirski teleskop James Webb vidi prvi "Einstenov cik-cak" i evo zašto su znanstvenici time oduševljeni
Koristeći Svemirski teleskop James Webb, astronomi su otkrili prvi "Einsteinov cik-cak", sliku jednog kvazara na kojoj se on vidi projiciran čak šest puta. Takvo što je bilo moguće zahvaljujući učinku kojega je 1915. g. predvidio Albert Einstein i kojega zovemo gravitacijska leća. Ovo opažanje bi moglo pomoći znanstvenicima da stanu na kraj jednoj kozmološkoj krizi.
Taj sustav, nazvan J1721+8842, sastoji se od jednog kvazara - izuzetno sjajne galaktičke jezgre - koji je povećan gravitacijskim lećama koje stvaraju dvije široko razmaknute, ali savršeno postavljene galaktike. Ne samo što je takav prizor nevjerojatno rijedak i što predstavlja dojmljivi primjer neobične pojave svijanja prostor-vremena, prvi put opisane u Einsteinovom najvećem doprinosu znanosti, njegovoj teoriji gravitacije, već J1721+8842 usto posjeduje i moć koju uobičajene gravitacijske leće nemaju.
Prvi Einsteinov cik-cak kojega su ljudi vidjeli bi mogao pomoći da se znanstvenici konačno uhvate ukoštac s dvjema od najvećih zagonetki u kozmologiji. Prva od njih se tiče prirode tamne energije, sile koja pogoni ubrzavanje širenja svemira i na koju otpada oko 70 posto sve tvari i energije u svemiru. Druga se, pak, tiče nesklada s kojim se znanstvenici suočavaju kada mjere vrijednost brzine širenja svemira: Hubbleove konstante.
"Oduševljen sam ne samo stoga što je ovo jedna očaravajuća prirodna pojava, već također i stoga što nam taj sustav puno obećava kada je posrijedi mjerenje kozmoloških parametara", kazao je za Space.com Martin Millon, kozmolog iz Sveučilišta Stanford i jedan od članova tima koji je došao do ovog otkrića. "Ovaj sustav gravitacijske leće bi mogao omogućiti da rigorozno ograničimo i Hubbleovu konstantu i jednadžbu stanja tamne energije, što općenito nije moguće."
Što je to uopće gravitacija leća?
Opća teorija relativnosti kaže da svi objekti koji posjeduju masu izazivaju zakrivljenje u samom tkivu prostora i vremena, ujedinjenog u jedinstveni entitet zvan "prostorvrijeme". Što je masa nekog objekta veća, to je veći i "utor" kojega on izaziva u prostorvremenu. Kako gravitacija proizlazi iz te zakrivljenosti, objekt s većom masom ima i veći gravitacijski utjecaj.
Gravitacijska leća nastane tamo gdje svjetlo iz nekog pozadinskog izvora na svom putu prema Zemlji prolazi mimo masivnog tijela koje stvara zakrivljenje prostorvremena. Svjetlo je primorano slijediti to zakrivljenje, putujući zbog toga po nekoj krivulji. Svjetlo iz dalekog izvora može obilaziti oko masivnog objekta koji djeluje kao gravitacijska leća na više različitih načina i stoga putovati po stazama različite zakrivljenosti. Ona se masi koja svija prostovrijeme i približava do različitih udaljenosti. Zbog svega toga svjetlo iz istog pozadinskog izvora može stizati do istog teleskopa u različitim trenucima.
Zbog svega toga, jedno jedino tijelo koje iz velike udaljenosti odašilje svjetlo, može se na nekoj slici pojaviti na više mjesta. Takvi objekti mogu oblikovati obrasce poput Einsteinovih prstena i Einsteinovih križeva, ali, evo sada, u ovom zasad jedinstvenom slučaju vidimo da na taj način može nastati i Einsteinov cik-cak.
Webb zapravo i nije bio prvi teleskop koji je uočio J1721+8842. Taj kvazar viđen kroz gravitacijsku leću, u kojemu dominiraju plin i prašina koji jarko sjaje, otkrio je još 2017. g. Cameron Lemon, koristeći Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), smješten u havajskoj Zvjezdarnici Haleakala.
Taj je kvazar isprva izgledao projiciran u samo četiri slike. Međutim, Webbova je osjetljivost otkrila da dvije galaktike projiciraju daleki kvazar na čak šest mjesta, i to tako da ona nama bliža galaktika projicira i udaljeniju galaktiku leću!
"Gravitacijsku leću obično proizvede jedna galaktika, pri čemu nastaju dvije ili četiri slike pozadinskog izvora. Koliko će tih projekcija biti, ovisi o poravnanju (izvora, leća i nas). U ovom slučaju, javlja je jedno izuzetno poravnanje dviju galaktika i pozadinskog kvazara, koje proizvodi raritetnu šesterostruku konfiguraciju", (ovdje manjka dio teksta). "Nazvali smo je 'Einsteovim cik-cakom' jer je put svjetla dviju od tih projekcija prošao pokraj prve (udaljenije) galaktike s jedne njene strane, da bi tu bio skrenut prema suprotnoj strani druge (nama bliže) galaktike. Svjetlo se oko tih galaktika giba na cik-cak!"
Frédéric Dux, prvi autor znanstvenog rada kojim je opisano ovo istraživanja i astrofizičar iz Laboratorija EPFL, kazao je za Space.com da je ovo prvi slučaj da su znanstvenici pronašli tako savršeno poravnanje triju tijela koja tvore gravitacijsku leću.
"Gravitacijska leća obično uključuje samo dva objekta, primjerice galaktiku koja djeluje kao leća i jednu drugu galaktiku iza nje, koja je izvor svjetla što ga galaktika bliža nama svija", kaže Dux. "Naravno, postoji puno primjera gdje više galaktika odjednom svija svjetlost pozadinskog izvora, kao što je to slučaj s lećama koje stvaraju galaktička jata. U tim slučajevima, djelovanje različitih skretača svjetla je međusobno donekle udruženo, pa nijedna od tih galaktika ne djeluje kao savršena samostalna leća. Njihovo poravanje jednostavno nije dovoljno dobro." (Treba napomenuti da su u tom slučaju sve te galaktike koje djeluju kao leće jednako udaljene od nas, jer se nalaze u istom jatu. Prim. prev.)
To, međutim, nije slučaj i s J1721+8842. Nama najbliža galaktika u toj leći je toliko udaljena od nas da je njeno svjetlo putovalo do nas 2,3 milijarde godina. Svjetlo iz one udaljenije galaktike, pak, putovalo je do nas čak 10 milijardi godina. Pa ipak, unatoč toj ogromnoj udaljenosti između dviju galaktika, Dux ističe da su one tako dobro poravnate da ne samo da su obje pojačale svjetlo iz 11 milijardi svjetlosnih godina udaljenog kvazara, već ona koja je nama bliža djeluje usto i na svjetlo srednje galaktike kao gravitacijska leća.
"Ovo je rijetkost. Za očekivati je da bi od 50 tisuća kvazara koje bismo vidjeli kroz gravitacijske leće tek jedan jedini pokazao ovakvu konfiguraciju! A zasada znamo za samo ukupno oko 300 kvazara koje vidimo kroz leće, pa smo imali veliku sreću što smo pronašli ovog", kaže Dux. "Drugog možda nećemo pronaći još dugo vremena, ako ikada i uspijemo u tome."
Einsteinov cik-cak bi mogao objasniti i jedan kozmološki problem
Dux je istaknuto da njegov tim već radi na poboljšanim modelima J1721+8842 kako bi na taj način izmjerio Hubbleovu konstantu.
"Većina kvazara koje vidimo kroz leće može biti iskorištena za tu svrhu, ali činjenica da ovoga vidimo kroz dvije različite leće čini model kojim bi ta gravitacijska leća bila opisana puno boljim za određivanje mogućih granica Hubbleove konstante. Time bi neodređenost u izračunu te konstante postala manjom", kaže Dux. "To je vrlo zanimljivo u ovom trenutku kada je kozmologija suočena s potencijalnom krizom koju nazivamo Hubbleov nesklad (engl. "Hubble tension")."
Hubbleov nesklad izvire iz činjenice da (Zapravo pretpostavke. Prim. prev.) da bi izmjera Hubbleove konstante u vrlo ranom svemiru i ekstrapolacija razvojnog puta te veličine tijekom 13,8 milijardi godina postojanja svemira (uz uporabu najboljih kozmoloških modela), trebala dati isti iznos kojega astronomi dobivaju kada promatraju obližnji svemir i na taj način mjere Hubbleovu konstantu u naše doba. Međutim, ta se dva rezultata prilično razlikuju!
"U oba pristupa bi se mogle javiti pogreške u mjerenju, pa prije negoli prihvatimo da je riječ o pravoj krzi, trebamo prvo pronaći sve moguće pogreške i utočniti naša mjerenja", ističe Dux.
Ograničavanjem neodređenosti u tim izmjerama, ova Einsteinova cik-cak gravitacijska leća bi mogla proračunatu i izmjerenu vrijednost Hubbleove konstante približiti jednu drugoj.
"Pored toga, ova bi leća mogla biti istovremeno iskorištena da se postave strože granice jednadžbe stanja tamne energije svemira", nastavlja Dux. "I to je vrlo zanimljivo jer je ta vrijednost, baš kao i Hubbleova konstanta, obično degenerativna, što znači da možemo 'okretati potenciometar' na obje strane, tj. proizvoljno ih povećavati ili smanjivati i svejedno dobro uklapati podatke dobivene promatranjem. Ovaj sustav bi nam mogao pomoći da prekinemo tu degeneraciju."
To bi omogućilo da se putem J1721+8842 obje vrijednosti odrede istovremeno, što općenito nije ostvarivo. Dux dodaje da je to nešto na čemu se sada radi, ali da će biti potrebno provesti još puno teorijskog rada, kao i poboljšati tehničku infrastrukturu, prije negoli bude moguće izmjeriti te dvije vrijednosti na "siguran" način, izbjegavajući potencijalne pristranosti i pogreške.
"J1721+8842 ima i druge primjene, poput proučavanja udaljenijih galaktika koje djeluju kao leće", kaže Dux. "Kako ona djeluje i kao leća i kao izvor svjetla, koji se vidi kao izobličeni crveni luk, možemo točno izračunati njenu masu. (To se odnosi na srednju galaktiku, onu iz koje je svjetlo do nas putovalo 10 milijardi godina. Prim. prev.) Webbom smo dobili i prekrasan spektar koji nam omogućuje da ustanovimo zvjezdorodnu povijest te galaktike i grudastost tvari u njoj. Ovo nam je prva prilika da potražimo odgovore na ta pitanja za jednu toliko udaljenu galaktiku."
Premda je Webb bio od ključnog značaja u otkriću prave prirode J1721+8842 i Einsteinovog cik-caka, on možda i nije najbolji instrument za lov na takve teško uhvatljive konfiguracije.
"Webb nam daje suludo osjetljive opservacije sićušnih djelića neba. Ali kako bismo otkrili još Einsteinovih cik-cakova, trebat ćemo sustavno pretražiti cijelo nebo", napominje Dux. "Gaia i druga pretraživanja neba, poput Pan-STARRS-a, Euclida ili budućeg Opservatorija Vera Rubin, pravi su alati za to.
Nastavit ćemo tragati za kvazarima koji se vide kroz gravitacijske leće! Očekujemo ih pronaći još puno teleskopima Vera Rubin i Euclid. Međutim, to hoćemo li nabasati na još koji ovakav cik-cak, bit će i stvar sreće."
Spomenuti znanstveni rad je već dostupan na Internetu.
 |
 |
|
Druga slika |
Treća slika |
Pan-STARRS/ Lemon / Dux, et al.
https://www.space.com/first-einstein-zig-zag-jwst
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
