Αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) για να ανακαλύψουν δύο εξαιρετικά σπάνιες εκρήξεις άστρων, υπερκαινοφανείς που βρίσκονται δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Το φως τους «σπάει» σε πολλές εικόνες, επειδή καμπυλώνεται από την τεράστια βαρύτητα σμηνών γαλαξιών που παρεμβάλλονται ανάμεσα σε εμάς και σε αυτά τα μακρινά γεγονότα.
Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται βαρυτικός φακός, λειτουργεί σαν φυσικό τηλεσκόπιο: μεγεθύνει και φωτίζει αντικείμενα που αλλιώς θα ήταν αδύνατο να δούμε και βοηθά να απαντήσουμε ένα από τα μεγαλύτερα ανοιχτά ερωτήματα της κοσμολογίας: πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν μέσα στον κοσμικό χρόνο.
Κοιτάζοντας το μακρινό Σύμπαν με «φυσικούς φακούς»
Κάθε αντικείμενο με μάζα επηρεάζει άμεσα την καμπυλότητα του χωροχρόνου, μια θεμελιώδη αρχή της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Στην ακραία περίπτωση όπου ένα τεράστιο σμήνος, που περιέχει εκατοντάδες ή και χιλιάδες γαλαξίες, παρεμβάλλεται ανάμεσα στη Γη και σε μια μακρινή πηγή στο υπόβαθρο, η τεράστια βαρύτητα παραμορφώνει τόσο έντονα τον χωροχρόνο, ώστε το φως της πηγής να δημιουργεί πολλαπλές, παραμορφωμένες και ενισχυμένες εικόνες, οι οποίες εμφανίζονται σε διαφορετικές θέσεις πάνω στο σμήνος.
Οι αστρονόμοι του προγράμματος VENUS αξιοποιούν αυτό το φαινόμενο, χρησιμοποιώντας το JWST για βαθιές παρατηρήσεις 60 σμηνών γαλαξιών. Παρότι το πρόγραμμα βρίσκεται μόλις στη μέση, έχουν ήδη αποκαλύψει σπάνιες, αμυδρές και εξαιρετικά μακρινές πηγές, όπως μεμονωμένα άστρα από το πρώιμο Σύμπαν, ενεργές μαύρες τρύπες στα κέντρα αρχαίων γαλαξιών, καθώς και αστρικές εκρήξεις που θα ήταν αδύνατο να ανιχνευθούν χωρίς τη μεγεθυντική ισχύ του βαρυτικού φακού των σμηνών.
Η ανακάλυψη δύο ισχυρά παραμορφωμένων υπερκαινοφανών, με τις ονομασίες SN Ares και SN Athena, ενδέχεται μάλιστα να βοηθήσει στην απάντηση ενός καίριου ερωτήματος στην κοσμολογία.
Υπερκαινοφανείς που γίνονται κοσμικά ρολόγια
Ο SN Ares, ο πρώτος ισχυρά στρεβλωμένος υπερκαινοφανής που ανακαλύφθηκε από το VENUS, προήλθε από την έκρηξη ενός μαζικού άστρου όταν το Σύμπαν είχε ηλικία μόλις 4 δισεκατομμύρια χρόνια, δηλαδή τη μισή περίπου ηλικία που είχε όταν σχηματίστηκε το Ηλιακό μας Σύστημα. Κατά το μακρύ του ταξίδι προς τη Γη, το φως του SN Ares όχι μόνο καμπυλώθηκε και ενισχύθηκε από ένα ενδιάμεσο σμήνος γαλαξιών, αλλά και «τεντώθηκε» λόγω της διαστολής του ίδιου του Σύμπαντος.
Το μακρύ ταξίδι μετατρέπει την υπερκαινοφανή σε ένα μακροχρόνιο πείραμα κοσμολογίας. Ένα από τα κεντρικά ερωτήματα της σύγχρονης κοσμολογίας αφορά στον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το Σύμπαν, γνωστό ως Σταθερά του Hubble. Οι μετρήσεις που βασίζονται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, το φως από τις πρώτες στιγμές του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, διαφωνούν σήμερα με εκείνες που προκύπτουν από κοντινούς δείκτες αποστάσεων, όπως οι υπερκαινοφανείς Τύπου Ia, υποδηλώνοντας πιθανά κενά στην κατανόησή μας για την κοσμική εξέλιξη.
Επειδή οι πολλαπλές εικόνες του SN Ares θα εμφανιστούν με διαφορά δεκαετιών (με τις δύο τελευταίες να φτάνουν ύστερα από ένα πρωτοφανές διάστημα 60 ετών), το σύστημα Ares προσφέρει μια σπάνια ευκαιρία επαλήθευσης των μοντέλων για την εξέλιξη του Σύμπαντος, λειτουργώντας ως σημείο αναφοράς για τα ερωτήματα που θα διαμορφώσουν την κοσμολογία στο μέλλον.
Ο επίσης στρεβλωμένος υπερκαινοφανής SN Athena, που ανακαλύφθηκε από το VENUS, συνέβη όταν το Σύμπαν είχε περίπου τη μισή από τη σημερινή του ηλικία, και αναμένεται να επανεμφανιστεί μέσα στα επόμενα 1 έως 2 χρόνια.
Απαντήσεις που έρχονται με τον χρόνο
Οι SN Ares και SN Athena αποτελούν πειράματα κοσμολογίας με πολύ μεγάλο χρονικό ορίζοντα. Θα μας διαφωτίσουν στο πώς το Σύμπαν έχει αλλάξει μέσα σε δισεκατομμύρια χρόνια, αποτελώντας μια υπενθύμιση ότι ορισμένες από τις απαντήσεις στα βαθύτερα ερωτήματά μας ίσως να βρίσκονται ακόμη καθ’ οδόν.
Τα αποτελέσματα της έρευνας παρουσιάστηκαν στο 247ο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (AAS) στο Φοίνιξ της Αριζόνα.