Pierścień Einsteina powstaje, gdy światło wyemitowane przez odległe źródło, zakrzywia się w otoczeniu masywnego obiektu, takiego jak galaktyka lub gromada galaktyk, niczym na soczewce i skupiane jest na Ziemi. W takiej sytuacji, do Ziemi sygnał odległej galaktyki dociera wzmocniony, choć często zniekształcony. Oczywiście jest to opis uproszczony, bowiem w rzeczywistości nie tyle światło się zakrzywia, ile porusza się po linii prostej w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Z perspektywy obserwatora na Ziemi, taką soczewkowaną galaktykę widzimy jako łuk otaczający galaktykę, która w tej konfiguracji jest soczewką znajdującą się między nami a źródłem promieniowania.
Kosmiczny Teleskop Hubble’a sfotografował niedawno właśnie taki łuk promieniowania pochodzącego z bardzo wczesnego wszechświata. Trzeba jednak przyznać, że obiekt ten należy do wyjątkowo urokliwych. Nie dość, że mamy tutaj na zdjęciu bardzo długi łuk promieniowania z odległej galaktyki, to na dodatek na tym łuku znajduje się także niesoczewkowany obraz jasnej galaktyki, przez co wygląda ona jak kamień na pierścionku zaręczynowym.
Czytaj także: Soczewkowanie grawitacyjne pomaga astronomom. Zobaczcie obiekt Hamiltona
Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że soczewkowanie grawitacyjne nie tylko zniekształca obraz odległej galaktyki, ale także go powiększa. W efekcie w wielu przypadkach zjawisko to umożliwia nam dostrzeżenie obiektów, które bez soczewki byłyby dla nas niedostrzegalne ze względu na odległość i niewystarczającą jasność. Należy tutaj także dodać, że efekt ten został już przewidziany przez Alberta Einsteina w ogólnej teorii względności sprzed ponad stu lat.
Co zatem mamy na powyższym zdjęciu? Widoczny łuk, to zniekształcone światło wyemitowane przez galaktykę HerS J020941.1+001557 znajdującą się ponad 19,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. W środku natomiast widzimy galaktykę SDSS J020941.27+001558.4 oddaloną od nas o „zaledwie” 2,7 miliarda lat, której grawitacja w tym przypadku robi za soczewkę grawitacyjną. Kamieniem szlachetnym na tym pierścieniu Einsteina jest trzecia galaktyka skatalogowana pod numerem J020941.23+001600.7.
O ile sama soczewka HerS J020941 została odkryta już w 2015 roku, o tyle dopiero teraz Kosmiczny Teleskop Hubble’a był w stanie pokazać ją w wysokiej rozdzielczości.
Autorzy opisu zdjęcia zwracają uwagę na fakt, że soczewkowana tutaj galaktyka aktualnie znajduje się około 19 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Jej światło, które do nas teraz dociera, zostało wyemitowane około 11,2 miliarda lat temu. Zanim jednak do nas dotarło, odległość między nami a źródłem wzrosła do 19 miliardów lat świetlnych na skutek ekspansji wszechświata. Samo promieniowanie także w trakcie swojej podróży do Ziemi zostało rozciągnięte, albo mówiąc inaczej „przesunięte ku czerwieni”.
Czytaj także: Soczewka grawitacyjna uwieczniona przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Zobaczcie gromadę oddaloną o miliardy lat świetlnych
Naukowcy nie mają zatem wątpliwości, że HerS J02094 jest jednym z najstarszych i najodleglejszych pierścieni Einsteina, choć w ubiegłym roku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył obiekt tego typu oddalony o dodatkowe dwa miliardy lat świetlnych od nas.
Astronomowie wprost uwielbiają pierścienie Einsteina, bowiem nie mówią nam one tylko o tym, co widzimy, ale także – a może przede wszystkim – o tym, czego na zdjęciu nie widzimy. Chodzi tutaj oczywiście o ciemną materię, która stanowi 85 proc. materii we wszechświecie, a o której nie wiemy prawie nic. Badając jednak zniekształcenia obrazu soczewkowanej galaktyki, naukowcy są w stanie szczegółowo opisać rozkład ciemnej materii w galaktyce soczewkującej (tej, której grawitacja zakrzywia światło odleglejszej galaktyki) oraz obliczyć różnice między masą materii widocznej w galaktyce, a całkowitą masą galaktyki. Ta różnica wynika bezpośrednio z obecności ciemnej materii.
