Csillagászok egy csoportja nagyon szerencsés kozmikus együttállásra bukkant: két egymástól több milliárd fényévre található galaxisra, amelyek a Földről nézve tökéletesen egy vonalba esnek, így összetett lencseként viselkednek, gravitációsan hajlítva a fényt, és felnagyítva egy mögöttük lévő távoli kozmikus fényforrást. A fényforrás – egy kvazárnak is nevezett fényes fekete lyuk – fénye cikkcakkos utat jár be a két galaxis körül.

Amellett, hogy az elrendezés szokatlan fényjátékot produkál, ez az első ismert kettős gravitációs lencse lehetővé teszi az univerzum tágulási sebességének, az úgynevezett Hubble-állandónak az eddiginél is pontosabb becslését, állítják a kutatók az arXiv oldalon nemrégiben közzétett, előzetes jelentésükben. „Ez az igazi ereje a lencsézett kvazároknak: fényt deríthetnek arra, hogy az univerzum tágulási sebessége összhangban van-e a kozmológiai modellel vagy sem” – mondja Thomas Collett, a Portsmouthi Egyetem kozmológusa.

A csillagászok körülbelül 1000 olyan esetet ismernek, amikor – ahogy azt Albert Einstein általános relativitáselmélete megjósolta – egy nagy tömegű objektum, például egy galaxis vagy galaxishalmaz erős gravitációja elhajlítja a mögötte lévő fényforrásból származó fényt. A galaxishalmazok tökéletlen lencsék, amelyek torz képeket eredményeznek. A sűrű maggal rendelkező, szimmetrikus elliptikus galaxisok azonban az olyan szabályos lencsékhez hasonlóan viselkednek, mint amilyenek a szemüvegekben vagy a távcsövekben is vannak. A távoli fényforrásokat elmosódott fényívvé, úgynevezett Einstein-gyűrűvé vagy akár négy kivetülő képpé is képesek alakítani.

Ezt vélték felfedezni a kutatók 2017-ben a J1721+8842 esetében is: azt hitték, hogy egy elliptikus galaxis négy képként vetíti ki egy háttérben lévő kvazár fényét. Az ilyen rendszerek azért hasznosak, mert a kvazárok fényessége időben változik. Mivel az egyes képeket létrehozó fény más-más utat jár be a lencséző galaxis körül, a kép változó fényessége megmutatja az útvonalak okozta időbeli eltéréseket. Az eltérések és az útvonalak ismeretében pedig a csillagászok kiszámíthatják a világegyetem tágulási sebességét.

Ennek érdekében Frédéric Dux, a Lausanne-i ETH munkatársa és kollégái 2 éven át figyelték a J1721+8842-t a Nordic Optical Telescope segítségével, hogy felmérjék a kvazár négy képének változásait. Munka közben két halványabb képet is detektáltak, és kezdetben azt feltételezték, hogy ezek egy második, az elsőhöz közeli kvazártól származó lencsézés eredményei lehetnek. Feltételezték azt is, hogy a képeken szintén látható vöröses Einstein-gyűrű az egyik vagy mindkét kvazár gazdagalaxisának torz képe.

De ahogy Dux mondja, amikor alaposabban megvizsgálták a halványabb képeket, azok tökéletesen megegyezni látszottak a fő négyessel. Más szóval kiderült, hogy ugyanazon kvazárt látták, hat másolatban. Collett és más teoretikusok már korábban megjósolták, hogy ez egy összetett lencse esetében is megtörténhet, amikor két lencséző galaxis kerül egy vonalba. A NASA James Webb űrtávcsövével keringő laboratóriumának végzett megfigyelések alapján úgy tűnt, hogy a vöröses Einstein-gyűrű nem a kvazárral azonos távolságban van, hanem a kvazár és a J1721+8842 között helyezkedik el. A gyűrű tehát valójában a második lencséző galaxis képe. A kutatócsoport számítógépes modellt készített a kvazár fényének lehetséges útjairól, és arra a következtetésre jutott, hogy a képek közül kettőt a két galaxist cikcakkban megkerülő fény hozza létre.

Az időeltérések és fény útjának tanulmányozása révén a kutatók azt remélik, hogy a Hubble-állandó különösen pontos értékét tudják kiszámítani. Ezt a kozmológusok is örömmel fogadják majd, mivel az állandó értékét különböző módon mérő csapatok közül egyesek vitatják, ami a Hubble-feszültség néven ismert probléma létezik-e. Az a tény pedig, hogy az egyik rendszer két különböző távolságban lévő objektumot – a kvazárt és a vörös galaxist – képez le, lehetővé teszi a csapat számára egy másik kozmológiai paraméter kiszámítását is, amely azt határozza meg, hogy az univerzum tágulási sebessége hogyan változott az idők során a sötét energiának köszönhetően.

Collett elmondása szerint az, hogy egy kozmikus együttállás eredményeként egyszerre lehet kiszámítani a Hubble-állandó és a sötét energia paraméterét is, megszünteti az ilyen mérésekben rejlő bizonytalanságok nagy részét, és a J1721+8842-t a kurrens kozmológiai elmélet tesztelésének nagyon hatékony eszközévé teszi. Az ilyen számításokat ugyanakkor rendkívül nehéz elvégezni: valószínűleg még több mint egy évbe telik, mire a csapat képes lesz eredményeket produkálni a J1721+8842 kusza képeiből.