В космической игре в прятки среди галактик космический телескоп Hubble от NASA запечатлел огромную спиральную галактику с перемычкой, примерно равную по размеру нашему Млечному Пути, — но настоящий фокус спрятан в правом нижнем углу. Там далёкая фоновая галактика увеличивается и искажается гравитацией более близкой галактики — явление, известное как гравитационное линзирование. Это как кривое зеркало в комнате смеха, только зеркало — это пространство-время, а комната смеха — вся Вселенная.

Это изображение — одно из многих наблюдений гравитационного линзирования, сделанных Hubble в рамках подготовки к научной работе нового космического телескопа Nancy Grace Roman. Представьте Hubble прилежным стажёром, который делает всю черновую работу, пока Roman готовится налететь со своим гораздо более широким полем зрения. Гравитационное линзирование происходит, когда масса объекта переднего плана — например, галактики — искривляет пространство-время, заставляя свет изгибаться, искажаться и увеличиваться, проходя вокруг объекта, подобно гигантской линзе в космосе. Для этого требуется точное случайное выравнивание между галактиками переднего и заднего плана, потому что у Вселенной, по-видимому, есть чувство драматического тайминга.

На этом изображении гравитационная линза включает эллиптическую галактику переднего плана на расстоянии около 4,5 миллиарда световых лет. Это означает, что свет, который мы видим от этой галактики сейчас, начал свой путь к нам, когда наша Солнечная система ещё только формировалась — то есть примерно тогда, когда Земля была ещё расплавленным адом, а колесо ещё не изобрели. Фоновая галактика находится на расстоянии около восьми миллиардов световых лет, почти вдвое дальше. Она выглядит как пара дуг: одна большая и очень заметная слева вверху от галактики переднего плана, другая — гораздо меньшая, перевёрнутое изображение той же фоновой галактики справа внизу. Такая конфигурация называется парой дуга-противодуга, что звучит как замысловатый гимнастический трюк, но на самом деле это просто гравитация в своём обычном стиле сверхдостигатора.

Чем массивнее галактика переднего плана, тем сильнее гравитационная линза и тем значительнее она искривляет свет. Изучая искажение фоновой галактики, исследователи могут определить, сколько массы содержит галактика переднего плана. Это играет огромную роль в изучении тёмной материи — таинственной невидимой субстанции, составляющей большую часть массы во Вселенной. Видимой материи недостаточно, чтобы объяснить уровень искажения фоновой галактики, что позволяет исследователям вычислить как массу галактики переднего плана, так и количество содержащейся в ней тёмной материи. Иными словами, Вселенная в основном состоит из чего-то, чего мы не видим, и мы используем гигантскую космическую лупу, чтобы выяснить, сколько этого скрывается в любой данной галактике. Наука!

Почти все объекты на этом изображении — галактики, за исключением нескольких разбросанных звёзд переднего плана. Спиральная галактика с перемычкой на этом снимке — названная так потому, что её рукава отходят от перемычки из звёзд в центре — примерно равна по размеру нашей Галактике Млечный Путь, которую астрономы также считают спиральной с перемычкой. Крошечная спираль слева от большой спирали, возможно, является галактикой-спутником, подобной Большому и Малому Магеллановым Облакам, вращающимся вокруг Млечного Пути. Это как галактическая свита.

Hubble наблюдает космос в основном в видимом и ультрафиолетовом свете с некоторым покрытием инфракрасного диапазона, тогда как Roman видит главным образом инфракрасные длины волн и немного видимого света. Hubble может обеспечить изображения отдельных объектов с высоким разрешением, а Roman имеет гораздо большее поле зрения, подходящее для панорам. Так что Hubble — портретный фотограф, а Roman — пейзажист. Вместе они создадут ещё более полную картину космоса.

Это лишь одно из многих изображений гравитационного линзирования, полученных Hubble. Астрономы используют их для анализа гравитационных искажений, чтобы узнать больше о тёмной материи в галактиках переднего плана и заложить основу для будущих наблюдений Roman. Hubble может наблюдать эти гравитационные линзы только по одной за раз, в то время как широкий обзор неба Roman