Набор изображений показывает гравитационно-линзовое скопление галактик, через которое обнаружена новая звезда. Голубой сверхгигант под кодовым названием Icarus отмечен белой стрелочкой на правой нижней фотографии. Фотографии: NASA/ESA/P. Kelly
Астрономы давно применяют гравитационное микролинзирование для «увеличения светосилы» телескопа в десятки-тысячи раз — и наблюдения сверхдальних участков космоса, отдалённых от нас в пространстве-времени на миллиарды световых лет. Неоднократно таким способом обнаруживали сверхдальние галактики, а иногда даже отдельные звёзды. Но найденная сейчас звезда под кодовым названием Icarus находится в 100 раз дальше, чем любая из ранее наблюдаемых звёзд, за исключением взрывов сверхновых.
Международная группа исследователей опубликовала доказательства, что объект, обнаруженный через гравитационно-линзовое скопление галактик, — это голубой сверхгигант почти в 10 млрд световых лет от нас. То есть «Хаббл» зарегистрировал свет, излучённый звездой всего через 4,4 млрд лет после Большого взрыва.
Гравитационное микролинзирование — эффект, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна. Он происходит, когда массивное тело (планета, звезда, галактика, скопление галактик, скопление тёмной материи) изменяет своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения, как обычная линза изменяет направление светового луча. Получается своеобразный аналог линзы, через который можно рассматривать исключительно удалённые объекты.
В данном случае гравитационной линзой выступило скопление галактик. Оно случайно блуждает между Землей и удалёнными фоновыми объектами, обычно обеспечивая дополнительное увеличение примерно в 50 раз. Если же в скоплении линзирующей галактики по счастливой случайности оказался меньший, безупречно выровненный объект, то фон можно увеличить в 5 000 раз.
Как часто бывает, открытие совершили случайно. «Хаббл» обнаружил Icarus, производя наблюдения за сверхновой Refsdal. Согласно расчётам, скоро свет от сверхновой должен был быть линзирован галактическим кластером MACS J1149, который располагается на расстоянии примерно в 5 млрд световых лет. Но пока сверхновая ещё не появилась в поле зрения, во время наблюдений астрономы с удивлением обнаружили в том же секторе новый источник света. Светимость звезды плавно увеличивалась.
Фотографии: NASA/ESA/P. Kelly
Исследователи с помощью «Хаббла» замерили спектр звезды — и обратили внимание, что температура звезды оставалась неизменной, несмотря на увеличение яркости. Это значит, что космический телескоп заметил не ещё одну сверхновую вроде Refsdal, а некую стабильную звезду. Причём свет от неё проходит не только через линзу галактического кластера MACS J1149, но ещё и дополнительно искривляется неким малым, но массивным объектом внутри кластера. В итоге микролинзирование осуществляется с коэффициентом более 2000.
«Мы знаем, что микролинзирование было вызвано либо звездой, либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой звездной массы», — говорит в пресс-релизе Стивен Родни (Steven Rodney) из Университета Южной Каролины, соавтор научной работы. Поэтому открытие Icarus позволит астрономам получить новые представления о составе самого галактического кластера, пояснил он. Учитывая, что скопления галактик являются одними из самых массивных и растянутых структур в нашей Вселенной, изучение их состава неизбежно поможет увеличить наше общее понимание Вселенной.
Учёные считают, что открытая звезда Icarus (MACS J1149 Lensed Star 1) поможет лучше узнать об одном из самых загадочных материалов во Вселенной — тёмной материи. Хотя бы отсеять некоторые из самых экзотических теорий. «Если тёмная материя хотя бы частично состоит из сравнительно маломассивных чёрных дыр, как это было недавно предложено, то мы бы увидели это в искривлении света от Icarus, — говорит Патрик Келли (Patrick Kelly), астрофизик из Университета Миннесоты и ведущий автор научной работы. — Наши наблюдения не подтверждают возможность, что большая часть тёмной материи состоит из таких чёрных дыр массой примерно в 30 раз больше массы Солнца».
Научная статья опубликована 2 апреля 2018 года в журнале Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-018-0430-3).
