De James Webb-ruimtetelescoop ontdekt de verste zwaartekrachtlens ooit

In deze afbeelding geeft een massieve cluster van sterrenstelsels in het centrum aanleiding tot verschillende krachtige lenskenmerken. Achtergrondstelsels hebben licht dat wordt gebogen, uitgerekt en vervormd tot ringen en bogen, waar het ook wordt versterkt door lenswerking. Dit zwaartekrachtlenssysteem is complex, maar nuttig om meer te leren over de relativiteitstheorie van Einstein in actie.

Een ver weg achtergrondstelsel wordt door de overlappende cluster gevuld met sterrenstelsels zo scherp in beeld gebracht dat er drie onafhankelijke afbeeldingen van het achtergrondstelsel te zien zijn, met dramatisch verschillende lichtreistijden. In theorie zouden zwaartekrachtlenzen veel zwakkere sterrenstelsels kunnen onthullen dan we zonder zo’n lens zouden zien, maar alle zwaartekrachtlenzen bezetten slechts een zeer smal bereik van locaties aan de hemel, omdat ze rond individuele massabronnen zijn geplaatst.

Een van de meest dramatische kenmerken die in het El Gordo-veld zijn aangetroffen, zoals gezien door de ogen van de James Webb-ruimtetelescoop, is de verste rode reuzenster die ooit is ontdekt: Quyllur, de Quechua-term voor ster. Het is de eerste rode reuzenster die op meer dan een miljard lichtjaar afstand is ontdekt, en in feite bevindt hij zich op meer dan 10 miljard lichtjaar afstand. Het was alleen zichtbaar dankzij de unieke mogelijkheden van de James Webb-ruimtetelescoop in combinatie met de vergroting van El Gordo’s zwaartekrachtlens.

Deze illustratie van zwaartekrachtlenzen laat zien hoe achtergrondstelsels – of welk lichtpad dan ook – worden vervormd door de aanwezigheid van tussenliggende massa, maar het laat ook zien hoe de ruimte zelf gekromd en vervormd is door de aanwezigheid van de voorgrondmassa zelf. Wanneer meerdere achtergrondobjecten zijn uitgelijnd met dezelfde voorgrondlens, kunnen meerdere sets van meerdere afbeeldingen worden gezien door een goed uitgelijnde waarnemer, of zelfs een “Einstein-ring” in het geval van perfecte uitlijning. Als zich in het achtergrondstelsel een voorbijgaande gebeurtenis, zoals een supernova, voordoet, zal deze met vertraging in de verschillende afbeeldingen verschijnen.

Deze zij-aan-zij weergave van de cluster SMACS 0723 toont MIRI (links) en NIRCam (rechts) beelden van dit gebied vanuit de James Webb Ruimtetelescoop. Merk op dat, hoewel er zich een heldere cluster van sterrenstelsels in het midden van de afbeelding bevindt, de interessantere objecten door de zwaartekracht door de cluster zelf worden vervormd en versterkt, en zich veel verder weg bevinden dan de cluster zelf.

Het hier afgebeelde sterrenstelsel met drie lenzen staat bekend als “The Hook”, vanwege het unieke uiterlijk dat wordt gevormd door zwaartekrachtlenzen op de voorgrond. Terwijl de gehele voorgrondcluster, El Gordo, het achtergrondstelsel afbeeldt, is het het prominente dubbele sterrenstelsel in de voorgrondcluster dat “Fishhook” zijn opvallende uiterlijk geeft.

Dit object is niet één ringstelsel, maar eerder twee sterrenstelsels op zeer verschillende afstanden van elkaar: een nabijgelegen rood sterrenstelsel en een verder weg gelegen blauw sterrenstelsel dat door de zwaartekracht wordt beïnvloed door de massa van het voorgrondstelsel. Deze objecten liggen eenvoudigweg op dezelfde gezichtslijn, waarbij het licht van het achtergrondstelsel vervormd, uitgerekt en versterkt wordt door de zwaartekracht van het voorgrondstelsel. Het resultaat is een bijna perfecte ring, die bekend zou staan ​​als een Einstein-ring als het een perfecte cirkel van 360 graden zou zijn. Hoewel lensvorming vaker voorkomt dan clusters van sterrenstelsels, kunnen individuele sterrenstelsels dit doen als ze compact genoeg zijn en als de uitlijning goed is.