Когда астрономы смотрят на далёкую галактику, её звёзды обычно сливаются в одно слабое пятно. Но иногда на пути света оказывается природная линза, и отдельные звёзды ненадолго становятся заметнее. С её помощью исследователи нашли более сотни таких событий в галактике, изображение которой называют Дугой Дракона.
Команда под руководством Хосе Марии Паленсии изучила снимки телескопа «Джеймс Уэбб» за 2022–2024 годы и составила каталог из 104 кандидатов. В работе, опубликованной в сентябре в журнале Astronomy & Astrophysics, учёные объяснили, как нашли эти вспышки и что они могут рассказать о далёкой галактике. О результатах 8 ноября сообщил Phys.org.
Откуда взялся космический дракон
Дракон — не название созвездия и не фотография животного. Так астрономы называют вытянутое изображение далёкой галактики. Между ней и нами лежит скопление галактик Abell 370. Его масса искривляет пространство-время, а вместе с ним меняется и путь света, который идёт от галактики к Земле.
В результате далёкая галактика выглядит растянутой в дугу. Это явление называют гравитационным линзированием. Сравнение с увеличительным стеклом удобно, хотя стекла в космосе, конечно, нет: роль линзы играет распределение массы скопления. Оно может не только увеличивать изображение, но и искажать его форму.
Галактика Дракона находится на таком расстоянии, что её свет шёл к нам миллиарды лет. Даже с увеличением различить в ней обычную отдельную звезду трудно. Но сама линза неоднородна: звёзды внутри скопления добавляют к общему эффекту собственное небольшое усиление. При подходящем взаимном расположении источника, линзы и наблюдателя далёкая звезда может на время стать достаточно яркой для обнаружения.
Как найти звезду на снимках
Учёные сравнили изображения одного участка неба, полученные камерой NIRCam в разные годы и через разные фильтры. Они искали точечные изменения яркости вдоль дуги. Для этого снимки нужно было совместить и учесть различия между наблюдениями, чтобы недостатки обработки не превратились в ложные открытия.
Повторные обнаружения одного и того же кандидата в разные эпохи и фильтры исследователи объединили. После отбора получилось 104 уникальных события. Для сравнения: прежняя выборка для этой галактики содержала 44 события. Увеличение каталога стало возможным благодаря дополнительным наблюдениям, а не одному новому снимку.
Важно не перепутать событие со вспышкой самой звезды. В этой работе речь идёт о кандидатах на усиленные изображения звёзд: наблюдаемая яркость может меняться из-за микролинзирования. Несколько кандидатов появлялись в данных повторно; авторы также рассматривают возможность того, что часть источников сама меняет яркость.
Снимки «Уэбба» сделаны не непрерывно: между наблюдениями проходило время. Поэтому каталог фиксирует события, которые удалось заметить при таком расписании, а не каждое возможное усиление за три года. Более частые наблюдения помогли бы лучше проследить изменения яркости.
Выборка не показывает все звёзды Дракона. В неё попадают те источники, которые при усилении оказались достаточно яркими и находились в изученной области. Поэтому по одному каталогу нельзя пересчитать всё население галактики или утверждать, что соседние, более тусклые звёзды отсутствуют.
При чём здесь тёмная материя
Наблюдения интересны не только как перепись далёких светил. Гравитационную линзу создаёт вся масса скопления, в том числе невидимая тёмная материя. Распределение усиленных событий может помочь уточнить, как устроена линза, и проверить некоторые представления о её составе.
Авторы обнаружили различие в числе событий по разные стороны расчётной линии максимального усиления. Такой рисунок может согласовываться с одной из моделей тёмной материи, которую называют волновой. Но есть и другое объяснение: положение самой линии в модели скопления может быть определено неточно.
Иными словами, 104 кандидата не означают, что природу тёмной материи раскрыли. Исследователям предстоит проверить результат на других линзированных галактиках и уточнить модели. Пока каталог ценен уже тем, что даёт больше отдельных точек для такой проверки: вместо единственного снимка у астрономов появилась возможность сравнивать изменения света на протяжении нескольких лет.
Источники
Исследование: Palencia и соавторы, Astronomy & Astrophysics. Разбор: Phys.org.