Nyupptäckt kosmiskt förstoringsglas genombrott i utforskande av galaxer

Forskare har upptäckt en ovanlig typ av gravitationslins hos en supernova, döpt till SN Zwicky. Linsen kan dela upp ljuset från en supernova i fyra bilder och innebär ett genombrott i förmågan att utforska hur galaxer förvränger den omgivande rymden. Bakom upptäckten står en internationell forskargrupp ledd från Oskar Klein Centre vid Stockholms universitet.

Forskarna, som leds av professor Ariel Goobar vid Oskar Klein Centre, Stockholms universitet, har upptäckt en ovanlig typ Ia supernova som de döpt till SN Zwicky. Supernovor av typ Ia har en avgörande roll för att mäta kosmiska avstånd. De användes för upptäckten av universums accelererande expansion, vilket ledde till Nobelpriset i fysik 2011. Den nyupptäckta supernovan sticker ut på grund av sin extraordinära ljusstyrka och att ljusstrålarna delas upp i flera bilder, vilket är ett sällsynt fenomen som förutspåtts i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori.

Inom några veckor efter upptäckten av supernovan via Zwicky Transient Facility vid Palomarobservatoriet i Kalifornien, observerade forskarna även SN Zwicky med de optiska instrumenten på W. M. Keck-observatoriet på Hawaii och Very Large Telescopes i Chile. Observationerna från Keck-observatoriet kunde detektera de multipla bilderna, vilket bekräftade hypotesen om linsen bakom den ovanliga supernovaljusstyrkan. De fyra bilderna av SN Zwicky observerades också med NASA:s rymdteleskop Hubble.

Effekten som observerats som skapar flera bilder av samma källa orsakas av gravitationsfältet från en galax som finns i förgrunden och fungerar som en gravitationslins. Under extraordinära omständigheter fungerar stora astronomiska kroppar som kosmiska förstoringsglas. Dessa förstoringsglas skapar också flera ljusbanor som är synliga på olika ställen på himlen. Att observera de multipla bilderna avslöjar inte bara detaljer om den linsförsedda supernovan, det innebär även en unik möjlighet att utforska egenskaperna hos den galax i förgrunden som orsakar ljusets avböjning. Denna upptäckt gör det möjlighet för astronomer att lära sig mer om de innersta och tätaste delarnaana i galaxerna, där mörk materia finns. Supernovor vars ljus påverkas av en lins är också ett verktyg med stor potential att förfina modeller som beskriver universums expansion.

Upptäckten av SN Zwickys innebär nya möjligheter att undersöka fenomenet med gravitationslinser. Detta är ett viktigt steg för att kunna förklara mörk materia, mörk energi och vad som kommer att ske med vårt kosmos.

– Den extrema förstoringen som SN Zwicky skapar ger en aldrig tidigare skådad chans att studera egenskaperna hos avlägsna explosioner hos typ Ia supernovor, som vi använder för att utforska den mörk energins natur, säger Joel Johansson, medförfattare till studien och forskare vid Stockholms universitet.

– Upptäckten av SN Zwicky visar inte enbart på de fantastiska möjligheter som erbjuds med dagens astronomiska instrument utan det innebär även ett betydande framsteg i arbetet med att förstå de grundläggande krafterna som formar universum, säger Ariel Goobar som leder forskningsprojektet och är föreståndare för Oskar Klein Centre vid Stockholms universitet.

Artikel i Nature Astronomy: "Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky"

Se video där supernovan Zwicky förklaras i vattenfärger. I videon förklaras begreppet gravitionslinser och sammanfattas vad vi vet om supernova Zwicky. Teckning och berättande (Nikki Arendse), zoomad video (Joel Johansson) och musik (Night Rider - JIGLR).
Se filmen på Oskar Klein Centres Youtubekanal (tillgänglig när artikeln publicerats)

Kontakt
Ariel Goobar, Fysikum, Stockholms universitet. Tfn: 0739845475, e-post: ariel@fysik.su.se.
Joel Johansson, Fysikum, Stockholms universitet. Tfn 0703969134, e-post: joeljo@fysik.su.se.

Bildtexter:

Illustrationen: Under extraordinära omständigheter fungerar stora astronomiska kroppar som kosmiska förstoringsglas. Dessa förstoringsglas skapar också flera ljusbanor som är synliga på olika ställen på himlen. Illustration: Nikki Arendse

Animation/film: Animation som visar hur gravitionslinser fungerar. ESA/Hubble, L. Calçada. Bearbetad av Joel Johansson.

Gruppbild: Forskarna vid Oskar Klein Centre och Fysikum, Stockholms universitet som lett studien som upptäckt SN Zwicky. Från vänster Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar och Nikki Arendse.

Collage: Zooming in to supernova Zwicky: starting from a small portion of the Palomar ZTF camera, one out of 64 “quadrants”, each one containing tens of thousands of stars and galaxies, the zoom in takes us to detailed explorations carried out with the larger and sharper VLT and Keck telescopes in Chile and Hawai'i respectively. On the best resolved Keck images, the four nearly identical “copies” of supernova Zwicky can be seen. The multiple images arise due to the warping of space caused by a foreground galaxy, also seen in the center and approximately half-way between the site of the supernova explosion and Earth. Credit: Joel Johansson