Hubble poluje na supernową Atena w kosmicznej soczewce

Gromada MACS J0417 i wyjątkowy jubileusz

Podczas swojego 200-tysięcznego okrążenia Ziemi Kosmiczny Teleskop Hubble’a sfotografował masywną gromadę galaktyk MACS J0417, widoczną na środku kadru najnowszego zdjęcia opublikowanego przez NASA. Ten zbiór galaktyk działa jak potężna kosmiczna lupa — jego grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń, dzięki czemu światło odleglejszych obiektów leżących za gromadą zostaje wzmocnione i zniekształcone, tworząc świetliste łuki oraz wielokrotne odbicia tych samych galaktyk. Właśnie w takim układzie astronomowie wypatrują ponownego pojawienia się supernowej Atena, odkrytej w 2025 roku przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w ramach programu VENUS.

Zdjęcie gromady galaktyk MACS J0417 wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, pokazujące jasny zespół galaktyk na środku kadru oraz zakrzywione łuki i zniekształcone obrazy odleglejszych galaktyk w tle — wizualna demonstracja soczewkowania grawitacyjnego, na tle którego astronomowie polują na supernową Atena.
*Źródło: NASA, ESA, STScI, M. Pascale (UCLA); Obróbka obrazu: J. DePasquale (STScI)*

Czym jest soczewkowanie grawitacyjne supernowej?

Soczewkowanie grawitacyjne to efekt wynikający z ogólnej teorii względności: masywne obiekty, takie jak gromady galaktyk, zakrzywiają bieg promieni świetlnych i działają jak naturalne soczewki. Jeśli za taką gromadą wybuchnie supernowa, jej światło może dotrzeć do nas kilkoma różnymi drogami — przez pewien czas widzimy więc kilka obrazów tej samej eksplozji, pojawiających się z opóźnieniem sięgającym od miesięcy do lat. W przypadku Ateny modele soczewkowania przewidują, że kolejne odbicie wybuchu powinno pojawić się między teraz a początkiem 2027 roku, dokładnie w polu widzenia gromady MACS J0417.

Supernowa Atena — kosmiczny zegar rozszerzającego się Wszechświata

Atena to jedna z dwóch szczególnie interesujących, silnie soczewkowanych supernowych odkrytych w ramach programu JWST VENUS, które mogą pomóc w rozwiązaniu tzw. napięcia Hubble’a — sporu o dokładną wartość tempa rozszerzania się Wszechświata. Jej wybuch nastąpił około 6,5 miliarda lat temu, gdy Wszechświat liczył mniej więcej połowę swojego obecnego wieku, a docierające do nas światło jest dziś powiększane i rozszczepiane przez gromadę MACS J0417 na kilka obrazów, które przychodzą z różnymi opóźnieniami. Dokładny pomiar tych różnic czasowych, połączony z modelowaniem masy gromady i krzywizny czasoprzestrzeni, pozwoli niezależnie wyznaczyć wartość stałej Hubble’a — podobnie jak w innych przypadkach silnie soczewkowanych supernowych.

Jak Hubble i Webb współpracują przy polowaniu na Atenę?

Kosmiczny Teleskop Hubble’a regularnie powraca do gromady MACS J0417, aby sprawdzać, czy przewidziany obraz supernowej Atena już się pojawił, wykorzystując swoją zdolność do wielokrotnego obserwowania tego samego fragmentu nieba. Równocześnie Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarcza niezwykle głębokich obrazów w podczerwieni oraz widm, które pozwalają precyzyjnie określić odległości, typ supernowej i szczegóły soczewkowania — a to jest kluczowe dla modelowania całego układu. Razem oba obserwatoria — jedno świętujące 200 tysięcy okrążeń Ziemi, drugie dopiero rozpędzające się do pełni możliwości — tworzą kosmiczny duet zdolny do bardzo dokładnego ważenia gromad galaktyk i mierzenia tempa ekspansji Wszechświata.

Dlaczego to ważne i co dalej?

Pomiary z Ateny dołączą do rosnącej rodziny silnie soczewkowanych supernowych, które już teraz pozwalają wyznaczać stałą Hubble’a z dokładnością porównywalną z innymi metodami — na przykład z obserwacji mikrofalowego promieniowania tła czy świec standardowych supernowych typu Ia. Każdy taki przypadek jest jak naturalny eksperyment, w którym czas opóźnienia między obrazami supernowej zamienia się w niezwykle czuły wskaźnik własności kosmosu: rozkładu masy w gromadzie, geometrii czasoprzestrzeni i globalnego tempa ekspansji. Jeśli przewidywania dotyczące Ateny się sprawdzą, a kolejne obrazy wybuchu rzeczywiście pojawią się w najbliższych latach, astronomowie zyskają następne, niezależne narzędzie do sprawdzania spójności modeli kosmologicznych — a być może i do rozstrzygnięcia trwającego od lat sporu o stałą Hubble’a.