Galaktikaparv MACS J0454.1-0300 Webbi pildil: kuldsed galaktikad ja gravitatsiooniläätse kaared

Kuldne parv ja piklikud oranžid kaared

Pildil hajali paiknevad kuldsed galaktikad kuuluvad parve MACS J0454.1-0300. Näeme parve sellisena, nagu see oli siis, kui Universum oli umbes kaheksa miljardit aastat vana, nii et parve valgus on olnud teel veidi alla kuue miljardi aasta. Selle arvutasime ise (13,8 miinus 8 on 5,8); ESA seda arvu ei anna. Kuldsed galaktikad on elliptilised; suurim ja heledaim neist asub keskel.

Kuldsel toonil on füüsikaline põhjus, kuigi värvid on pildil kokkuleppelised. Elliptilistes galaktikates on vähe gaasi, millest võiksid tekkida uued tähed, ja nende valgus tuleb peamiselt vanadelt, suhteliselt jahedatelt tähtedelt, mis kiirgavad rohkem pikematel lainepikkustel. Pilt on kokku pandud kümne filtriga tehtud ülesvõtetest, mis hõlmavad lainepikkusi 0,9–4,4 mikromeetrit ja on peaaegu kõik tehtud infrapunakiirguses; pikemad lainepikkused on näidatud punasemana — seepärast paistavadki sellised galaktikad kuldsena.

Vasakul olevad oranžid kaared ei kuulu parve. Need on palju kaugemad galaktikad, mille kujutised on parve gravitatsioon kaarteks välja venitanud. Peale selle on Universumi paisumine nihutanud nende valguse punasemate lainepikkuste poole. Sellise valguse suhtes on Webb Hubble’ist palju tundlikum, seepärast on Webbi pildil sadu galaktikaid, mida 2014. aastal tehtud Hubble’i pildil samast parvest ei ole.

Kuidas galaktikaparv suurendab ja kust tuleb arv 300

Galaktikaparvel on väga suur mass ja mass painutab valguse teed. Kui taamal asuv galaktika, parv ja Maa on piisavalt täpselt ühel joonel, võib galaktika valgus jõuda meieni mitut kõverat teed pidi. Nii tekivad kaared ja mõnikord ka ühe objekti mitu kujutist. Neli või enam kujutist samast galaktikast tekib ainult väga täpse kokkulangemise korral, ja ESA/Webbi andmetel esineb see vaid 10–20% parvede puhul.

Lääts ei muuda allika pindheledust (heledust pinnaühiku kohta), küll aga venitab allika kujutise taevas suuremale alale. Suurendus on kujutise ja allika pindalade suhe, nii et 300 korda suurema pindalaga kujutisest jõuab meieni ka 300 korda rohkem valgust. Kõige suurem on suurendus taeva teatud joonte lähedal, mida nimetatakse kriitilisteks kõverateks. Idealiseeritud punktallika korral annab teooria seal piiramatu suurenduse; päris allikas on aga kindla suurusega, nii et ka selle suurendus jääb lõplikuks, ja mida väiksem allikas, seda suuremaks võib suurendus kasvada. Seepärast käivadki suurimad suurendused väikeste laikude, mitte tervete galaktikate kohta.

Arv 300 käib läätse taga olevate kaugete galaktikate väikeste heledate laikude kohta: väikseimate läbimõõt on kõigest viis valgusaastat ja mõni neist paistab üle 300 korra suurendatuna. Nii saab Webb uurida objekte, mis on liiga nõrgad, et teleskoobi 6,5-meetrine peegel suudaks neid omal jõul tuvastada.

Mida pilt näitab ja mis on veel ees

Pildil on mitme kujutisena näha noore Universumi galaktikaid: rühm, mida näeme sellisena, nagu see oli kaks miljardit aastat pärast Suurt Pauku, ja üksik galaktika, mida näeme sellisena, nagu see oli kõigest 800 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Rühma galaktikad paistavad ühinevat, ja see on ilmselt vallandanud ulatusliku tähetekkepuhangu. Teadlased leidsid parvest MACS J0454.1-0300 kaks sellist haruldast, nelja või enama kujutisega paigutust — esimest korda on ühes parves leitud mitu sellist paigutust.

Andmed pärinevad kahest Webbi vaatlusprogrammist. Esimene neist (programm 5058, juht L. Furtak) otsib Universumi esimesest miljardist aastast üksikuid tähti, mida gravitatsioonilääts on võimendanud. Programmi raames hakatakse jälgima üht selle parve taga olevat galaktikat, et tabada selles tohutult suurendatud üksiktähti; see töö on alles ees ja pressiteade tulemustest ei räägi. Teine (programm 6882, juht S. Fujimoto) püüab vaadelda paljudel lainepikkustel suurt hulka galaktikaparvi, et uurida, kuidas algas tähtede teke varajastes galaktikates.

Kus parv taevas asub ja mida saab ise näha

Parv asub Orioni tähtkujus: otsetõus 4 h 54 min ja deklinatsioon −3° (need on taevased vasted pikkus- ja laiuskraadile). See on taevaekvaatorist veidi lõuna pool, nii et parve saab näha mõlemalt poolkeralt. Tallinna laiuskraadil tõuseb parv lõunahorisondist kõige rohkem umbes 28° kõrgusele. Detsembri alguses on parv Päikese suhtes vastasseisus ja seega kõige kõrgemal südaöö paiku.

Seda ise näha on aga hoopis teine lugu. Andmebaasis SIMBAD on parve heledaima galaktika tähesuurus lähiinfrapunases I-ribas 18,1, ja nähtavas valguses (V-ribas) ei ole andmebaasis ükski parve galaktika heledam kui 19. tähesuurus. Nii nõrgad galaktikad jäävad harrastusteleskoobiga vaatlejale nägemata: levinud rusikareegli järgi ulatub 40-sentimeetrine teleskoop umbes 15. tähesuuruseni ja 19. tähesuurusega objekt on ligikaudu 40 korda nõrgem kui 15. tähesuurusega. Läätse kaared näeb Webb tänu oma tundlikkusele infrapunakiirguse suhtes, okulaarist neid ei paista.