U javnim snimkama svemirskog teleskopa James Webb pronađen je neobičan, izdužen trag svjetlosti iza masivnog skupa galaksija. Njegov oblik ne podsjeća na običnu točku svjetlosti, nego na zakrivljeni luk koji je mogao nastati kada gravitacija skupa galaksija savije i izobliči svjetlost udaljenog objekta.
Struktura je dobila oznaku A1 i nije se nalazila u dosadašnjim katalozima ni popisima objekata u tom području. Prva analiza upućivala je na mogućnost da je riječ o galaksiji iz vrlo ranog svemira, čiju je svjetlost gravitacija skupa dodatno povećala i razvukla.
U međuvremenu je ponovljena analiza pokazala da je ta procjena možda bila previsoka. Prema trenutačnoj radnoj interpretaciji, A1 je vjerojatnije galaksija udaljena oko devet milijardi svjetlosnih godina, čija je svjetlost na putu prema Zemlji prošla blizu skupa galaksija. Ipak, konačna potvrda još nije stigla.
Zakrivljeni trag iza kozmičke leće
A1 se nalazi iza skupa galaksija MACS J0308.9+2645, čija je gravitacija dovoljno snažna da zakrivljuje prostorvrijeme i mijenja putanju svjetlosti iz pozadine. Takav se učinak naziva gravitacijsko lećenje.
Kada se udaljena galaksija nalazi iza masivnog skupa, njezina svjetlost do nas ne putuje potpuno ravnom linijom. Gravitacija skupa može je saviti, izdužiti i pojačati, pa galaksija na snimci izgleda kao luk, pruga ili više odvojenih slika. Europska svemirska agencija objašnjava gravitacijske leće kao prirodni učinak koji teleskopima omogućuje proučavanje inače preslabih i predaleko udaljenih objekata.
A1 je posebno zanimljiv zbog svojeg oblika. Izvor je približno šest i pol puta duži nego širi, a njegova se zakrivljenost otvara prema središtu skupa. Osim toga, nalazi se na položaju na kojem bi se, prema postojećim modelima raspodjele mase, mogao očekivati snažan učinak gravitacijske leće.
Duga os strukture gotovo savršeno prati zamišljenu kružnicu oko središta skupa. Takva orijentacija upravo je ono što astronomi očekuju od gravitacijski izobličene pozadinske galaksije.
To još nije dokaz da je A1 gravitacijski luk. Izdužena galaksija promatrana gotovo s ruba mogla bi izgledati slično. Međutim, kombinacija zakrivljenosti, položaja i orijentacije čini A1 ozbiljnim kandidatom.
Pronađen je u već objavljenim Webbovim snimkama
A1 nije otkriven u novom promatranju posebno usmjerenom prema tom objektu. Pronađen je pregledom podataka koji su već bili javno dostupni u arhivu teleskopa James Webb.
Astronom Homer Dávila Gutiérrez pregledao je 54 područja snimljena Webbovom infracrvenom kamerom NIRCam. U njima je provjereno više od 1500 izduženih izvora svjetlosti. Većina je imala uobičajena objašnjenja, poput galaksija promatranih s ruba, spiralnih struktura ili optičkih artefakata.
A1 je nakon dodatne provjere ostao najzanimljiviji kandidat. U istom je području pronađen i slabiji izvor označen kao A2, ali njegovo je mjerenje mnogo nesigurnije. A2 je bljeđi, manji i nije dovoljno dobro zabilježen u svim infracrvenim područjima.
Činjenica da A1 nije bio u ranijim katalozima posebno je važna. Struktura se ne nalazi ni u službenom popisu ranije poznatih gravitacijski lećenih objekata u tom skupu ni u nekoliko velikih astronomskih baza podataka.
Prva procjena smjestila ga je u vrlo rani svemir
Prva analiza A1 temeljila se na mjerenju njegove svjetlosti u šest infracrvenih područja. Dobiveni fotometrijski crveni pomak iznosio je približno 4,4. Kada bi se ta vrijednost potvrdila, A1 bismo vidjeli iz razdoblja kada je svemir bio mlađi od milijardu godina, prije više od 12 milijardi godina.
Takav bi rezultat A1 učinio mogućim gravitacijskim lukom iz vrlo ranog svemira. Riječ je o izduženoj slici udaljene galaksije čiju je svjetlost gravitacija masivnog skupa galaksija savila, rastegnula i pojačala.
Procjena se, međutim, temeljila na fotometriji, odnosno na određivanju udaljenosti prema boji i sjaju objekta u različitim filtrima. A1 nije točkasti izvor poput zvijezde, nego izdužena struktura koja zauzima veće područje na snimci. Automatsko mjerenje zato je moglo obuhvatiti samo dio njegove svjetlosti i pogrešno odrediti njegovu boju.
To je važno jer se iz boje izračunava crveni pomak. Ako je izmjerena boja pogrešna, pogrešna može biti i procjena udaljenosti. Više o toj metodi pročitajte u tekstu Kako astrnomi mjere udaljenosti u svemiru?.
Nakon ponovljene analize i korekcije fotometrijskih mjerenja, autor rada naveo je da bi stvarni crveni pomak A1 mogao biti bliži vrijednosti 1,4. U tom bi slučaju njegova svjetlost putovala oko devet milijardi godina do Zemlje. A1 bi i dalje bio vrlo udaljen objekt, ali ne bi potjecao iz prvih milijardu godina kozmičke povijesti.
Prema toj novoj radnoj interpretaciji, A1 je jedna slika udaljene galaksije koju je gravitacija skupa MACS J0308.9+2645 rastegnula i umjereno povećala. Ne bi bila riječ o višestrukom sustavu odvojenih slika iste galaksije.
U znanstvenom radu navedena je početna procjena crvenog pomaka od 4,4, dok naknadna korekcija fotometrije upućuje na nižu vrijednost. Konačan odgovor zato još nije poznat.
Spektroskopija mora riješiti dvojbu
Odgovor će dati spektroskopija. Razlaganjem svjetlosti na pojedinačne valne duljine astronomi mogu potražiti karakteristične linije elemenata i iz njih odrediti stvarni crveni pomak A1.
To će pokazati gledamo li doista objekt iz vrlo ranog svemira ili udaljenu galaksiju čija je svjetlost putovala približno devet milijardi godina.
Potrebno je izraditi i novi model gravitacijske leće koji će uključiti Webbova mjerenja. Takav bi model trebao pokazati koliko je skup galaksija povećao A1, je li njegov izduženi oblik posljedica gravitacijskog lećenja i postoji li još neka slika istog izvora.
Dok ne stignu nova mjerenja, A1 se može opisivati samo kao kandidat za gravitacijski luk. Nije potvrđeno da je riječ o galaksiji iz ranog svemira.
Za sada je sigurno da je u javnim podacima svemirskog teleskopa James Webb pronađen neobičan i dosad nezabilježen izvor svjetlosti. Njegov oblik i položaj snažno upućuju na gravitacijsko lećenje, ali njegovu udaljenost i prirodu tek treba potvrditi.
