Premieră istorică: Telescopul NASA a descoperit primul „zig-zag Einstein” în Univers. Ce arată fenomenul care poate salva cosmologia

Pentru prima dată în istorie, cercetătorii au folosit datele furnizate de Telescopul spațial James Webb al NASA pentru a demonstra un fenomen care a fost doar ipotetic până acum, cunoscut anterior sub numele de „zig-zag Einstein”, în care lumina unui obiect din cosmosul îndepărtat trece prin două regiuni diferite de spațiu-timp deformat. 

Efectul nou confirmat, care a fost descoperit printre șase copii identice ale unui quasar luminos, ar putea face lumină asupra unei probleme care începe să afecteze cosmologia, spun experții, potrivit Live Science.

În 2018, astronomii au descoperit un cvartet de puncte luminoase identice la miliarde de ani lumină de Pământ, denumit ulterior J1721+8842. Inițial, oamenii de știință au presupus că cele patru lumini erau imagini în oglindă ale unui singur quasar - un nucleu galactic luminos alimentat de o gaură neagră hrănitoare - care a fost duplicat printr-un fenomen cunoscut sub numele de „lentilă gravitațională”.

Ce sunt lentilele gravitaționale

Lentilele gravitaționale se produc atunci când lumina provenită de la un obiect îndepărtat pare să se curbeze în timp ce trece prin spațiul-timp deformat, care a fost smuls din formă de gravitația imensă a unui obiect lenticular - de obicei o galaxie masivă sau un grup de galaxii - situat între obiectul îndepărtat și observator.

Acest efect de deformare poate fie să dubleze sursa inițială de lumină, pe măsură ce lumina parcurge rute diferite în jurul obiectului lenticular, fie să extindă lumina în halouri luminoase, cunoscute sub numele de „inele Einstein”, după Albert Einstein, care a prezis pentru prima dată lentilele gravitaționale cu teoria sa a relativității generale în 1915.

Dar într-un studiu din 2022, cercetătorii au descoperit că J1721+8842 avea două puncte de lumină suplimentare alături de cvartetul original, precum și un inel Einstein roșu slab. Punctele nou descoperite erau ușor mai slabe decât celelalte patru puncte, ceea ce i-a determinat pe cercetători să suspecteze că spectacolul de lumină arăta o pereche de quasari adiacenți, cunoscut sub numele de quasar binar, care a fost duplicat de trei ori (mai degrabă decât un singur quasar care a fost copiat de șase ori).

Cum a fost descoperit fenomenul „zig-zag Einstein”

Cu toate acestea, într-un nou studiu, publicat pe 8 noiembrie, cercetătorii au reanalizat J1721+8842 folosind date noi de la Telescopul James Webb (JWST) și au descoperit că toate cele șase puncte de lumină provin de fapt de la un singur quasar. Echipa a constatat, de asemenea, că punctele luminoase recent dezvăluite au fost strânse în jurul unui al doilea obiect masiv aflat la o distanță mai mare de primul, care este, de asemenea, responsabil pentru inelul slab Einstein observat în imagini mai recente.

După ce au observat curbele de lumină ale fiecărui punct luminos pe parcursul a doi ani, cercetătorii au arătat că există o ușoară întârziere în timpul de care au nevoie cele două imagini duplicate mai slabe pentru a ajunge la noi, ceea ce sugerează că lumina din aceste copii trebuie să călătorească mai departe decât celelalte patru puncte luminoase. Acest lucru se datorează probabil faptului că lumina din aceste imagini trece în jurul laturilor opuse ale fiecărui obiect cu lentilă (adică în jurul părții stângi a primei lentile și a părții drepte a celei de-a doua lentile).

Echipa de cercetători a denumit această „configurație extrem de rară a lentilelor” un zig-zag Einstein, deoarece lumina provenită de la unele dintre punctele luminoase cu dublă lentilă a oscilat înainte și înapoi în timp ce trecea în jurul celor două galaxii lentile, au scris cercetătorii.

Studiul a fost trimis pentru publicare în revista Astronomy & Astrophysics.

Salvarea cosmologiei: Ce este „tensiunea Hubble”

Obiectele cu lentile gravitaționale, cum ar fi inelele lui Einstein, sunt prețuite de astronomi și cosmologi, deoarece lumina deformată poate ajuta la dezvăluirea masei galaxiilor care le-au penetrat. Acest lucru, la rândul său, poate ajuta la dezvăluirea secretelor universului, cum ar fi identitatea secretă a materiei întunecate și modul în care energia întunecată determină expansiunea cosmică.

JWST a fost excepțional de bun la găsirea acestor obiecte în părți ale universului în care nu le-am putut vedea niciodată până acum. Dar, din păcate, telescopul de ultimă generație a evidențiat și discrepanțe pe care nu le putem explica în prezent.

De exemplu, măsurătorile efectuate de telescop au confirmat faptul că diferite părți ale universului se extind în ritmuri diferite, ceea ce amenință să „rupă” înțelegerea noastră asupra cosmologiei. Cercetătorii se referă la această problemă sub denumirea de tensiunea Hubble.

Cu toate acestea, cercetătorii cred că zig-zagul lui Einstein recent confirmat ar putea contribui la atenuarea acestei tensiuni, deoarece configurația sa unică va permite astronomilor să măsoare cu precizie atât constanta Hubble - rata la care se accelerează expansiunea cosmică -, cât și cantitatea de energie întunecată - forța invizibilă care determină expansiunea universului - în această regiune a spațiului.

În mod normal, oamenii de știință nu pot determina cifre exacte decât pentru una sau pentru cealaltă, însă cunoașterea detaliată a ambelor este necesară pentru a înțelege cu adevărat expansiunea cosmică, au scris cercetătorii.

Thomas Collett, un astrofizician de la Universitatea Portsmouth din Marea Britanie, a declarat pentru revista Science că studierea zig-zagului va „lumina dacă rata de expansiune a universului este în concordanță cu modelul cosmologic sau nu”. Cu toate acestea, cercetătorii ar putea avea nevoie de mai mult de un an pentru a rezolva cifrele de care au nevoie din imaginile încâlcite, a adăugat el. „Așa că s-ar putea să trebuiască să așteptăm o vreme pentru un răspuns”.