Εννέα βαρυτικοί φακοί, δηλαδή γαλαξίες που λυγίζουν και μεγεθύνουν το φως άλλων, πολύ πιο μακρινών γαλαξιών, συγκεντρώθηκαν σε μία εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble. Η NASA την παρουσίασε την Πέμπτη 12 Νοεμβρίου ως «δείγμα» των στόχων που θα παρατηρήσει στη συνέχεια το νέο τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman, το οποίο εκτοξεύθηκε στις 30 Αυγούστου 2026. Όπως εξηγεί η ανακοίνωση της NASA, οι παρατηρήσεις αποτελούν τη βάση για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης.
Ο βαρυτικός φακός προβλέφθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Όταν ένα πολύ μαζικό αντικείμενο, όπως ένας γαλαξίας ή ένα σμήνος γαλαξιών, βρεθεί μπροστά από ένα πιο μακρινό, η βαρύτητά του λυγίζει, στρεβλώνει και μεγεθύνει το φως που περνά από δίπλα του. Λειτουργεί σαν γιγάντιος φακός στο διάστημα και επιτρέπει στους αστρονόμους να δουν αντικείμενα πολύ πιο μακριά απ’ όσο θα έφτανε ποτέ ένα τηλεσκόπιο μόνο του. Στις εννέα εικόνες, η ευθυγράμμιση ενός μακρινού γαλαξία με τη μάζα ενός γαλαξία στο προσκήνιο έχει δημιουργήσει παραμορφωμένα, μεγεθυμένα είδωλα, που εμφανίζονται ως τόξα γύρω από τον γαλαξία-φακό.
Η σημασία τους βρίσκεται στη μάζα. Μετρώντας πόσο στρεβλώνεται το φως του γαλαξία στο βάθος, οι ερευνητές κατασκευάζουν μοντέλα που δείχνουν πόση μάζα έχει ο γαλαξίας-φακός και πώς είναι κατανεμημένη, μαζί με την αόρατη σκοτεινή ύλη του. Με τα μοντέλα αυτά ελπίζουν να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν μια θεωρία για τη σκοτεινή ύλη. Η ευκρίνεια του Hubble μπορεί να αποκαλύψει μικρές ατέλειες στα τόξα, ενδείξεις για μικρά συγκεντρώματα σκοτεινής ύλης. Η θεωρία της «ψυχρής σκοτεινής ύλης» προβλέπει πολλά τέτοια συγκεντρώματα, με μάζα από ένα εκατομμύριο έως ένα δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου. Για σύγκριση, το φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης του Γαλαξία μας ζυγίζει περίπου 1,3 τρισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.
Γιατί χρειάζεται και το Roman; Το Hubble βλέπει κυρίως ορατό και υπεριώδες φως, με λίγο υπέρυθρο, και δίνει πολύ λεπτομερή εικόνα μεμονωμένων αντικειμένων. Το Roman βλέπει κυρίως υπέρυθρο και λίγο ορατό φως, αλλά με πολύ ευρύτερο οπτικό πεδίο, και φτιάχνει πανοράματα του σύμπαντος. Το Hubble θα έχει καλύτερη εικόνα ανά φακό, ενώ το Roman θα καταγράψει πολύ περισσότερους. Αν βρει κάποιον ιδιαίτερα ενδιαφέροντα, οι ερευνητές μπορούν να στρέψουν ξανά το Hubble προς αυτόν για λεπτομερέστερες παρατηρήσεις. Η ομάδα θέλει επίσης να αξιοποιήσει τις εικόνες του Hubble για να φτιάξει ένα ευφυές εργαλείο, που θα αναζητά αποτελεσματικά παρόμοια τόξα στις μελλοντικές εικόνες του Roman.
Οι φακοί της εικόνας δείχνουν και την ποικιλία που περιμένουν οι αστρονόμοι. Στο πλαίσιο A, ο γαλαξίας στο βάθος εμφανίζεται διπλός, ως ζεύγος τόξων σε διάταξη «τόξου-αντίτοξου», καθώς τον μεγεθύνει ένα ζεύγος γαλαξιών του προσκηνίου. Το πλαίσιο F είναι δακτύλιος του Αϊνστάιν: η ευθυγράμμιση είναι τόσο τέλεια, ώστε ο γαλαξίας του βάθους σχεδόν περικλείει εξ ολοκλήρου τον γαλαξία-φακό. Το πλαίσιο I δείχνει τετραπλό φακό, με τον γαλαξία του βάθους να εμφανίζεται τέσσερις φορές, σαν θολές κουκκίδες γύρω από τον γαλαξία-φακό. Τετραπλός φακός είναι και το C, με διπλούς κόμβους που μάλλον είναι περιοχές έντονου σχηματισμού άστρων.
Το χρώμα των τόξων έχει επίσης νόημα. Τα γαλάζια τόξα δείχνουν νεαρά άστρα και τα κοκκινωπά γηραιότερα, και τα δύο τηλεσκόπια θα εξετάσουν τις διαφορές αυτές για να καταλάβουν πώς εξελίχθηκαν οι γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν. Οι περισσότεροι γαλαξίες-φακοί είναι ελλειπτικοί, γαλαξίες παλαιότεροι, πυκνότεροι και πιο συμπαγείς. Ο φακός σχηματίζεται μόνο όταν η πυκνότητα μάζας του γαλαξία του προσκηνίου φτάσει σε ένα κρίσιμο όριο. Δεν είναι όμως όλοι έτσι. Στο G ο γαλαξίας φαίνεται επιμηκυσμένος, είτε στην πραγματικότητα είτε λόγω προοπτικής, ενώ στα B και F διακρίνονται σπειροειδείς βραχίονες. Αυτές οι διαφορές βοηθούν να χαρτογραφηθούν οι εξελικτικές διαδρομές των γαλαξιών.
Ξεχωρίζει το πλαίσιο D, όπου ο γαλαξίας-φακός έχει ορατή λωρίδα σκόνης, κάτι σπάνιο για γαλαξία-φακό και λεπτομέρεια που η οξεία όραση του Hubble στο ορατό φως αποκαλύπτει με ιδιαίτερη ευκρίνεια. Ο γαλαξίας του βάθους θα μπορούσε να είναι δακτύλιος του Αϊνστάιν που «σπάει» από τη σκόνη. Επειδή το υπέρυθρο φως εμποδίζεται λιγότερο από τη σκόνη, οι παρατηρήσεις του Roman θα δείξουν αν τα τόξα σχηματίζουν πληρέστερο δακτύλιο.
Οι φακοί εντοπίστηκαν αρχικά με το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) στο αστεροσκοπείο του Κιτ Πικ (Kitt Peak). Ακολούθησε το Hubble, και το Roman θα κάνει νέες παρατηρήσεις. Η NASA το παρουσιάζει ως παράδειγμα της συνεργασίας των «Μεγάλων Παρατηρητηρίων» της, στα οποία εντάσσονται το Hubble, το Chandra στις ακτίνες Χ και το James Webb. Είχε προηγηθεί η εικόνα ενός μεμονωμένου φακού από το Hubble για το Roman, ενώ στη συνεργασία Hubble και Webb είδαμε πώς συμπληρώνονται δύο τηλεσκόπια σε ένα κοινό θέμα. Με το Roman στο διάστημα, όπως σημειώνει η NASA, ανοίγει ένα νέο παράθυρο στο σύμπαν.
