Astronomer har fångat fyra bilder av samma exploderande stjärna nio miljarder ljusår bort när den utförde en otrolig kosmisk illusion. På så sätt har de bekräftat en effekt som förutspåddes av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori för 100 år sedan. Hubble Telescope knäppte de överraskande flera bilder med hjälp av en galaxkluster som fungerade som en naturlig förstoringslins. Den kraftfulla gravitationen hos en galax inbäddad i en massiv galaxkluster i denna Hubble Space Telescope-bild producerar flera bilder av en enda avlägsen supernova långt bakom den. Både galaxen och galaxklustret agerar som en gigantisk kosmisk lins, böjning och förstorande ljus från supernova bakom dem. Supernovan kunde ses eftersom dess ljus tog olika vägar runt klustret som låg mellan den exploderade stjärnan och det jord-orbiterande teleskopet. Klustrets gravitation får passerande fotoner, eller ljuspartiklar, att böja sig. Gravitationslinser uppstår när galaxer och andra objekt förstärker ljuset som kommer från andra avlägsna objekt. Det gör det möjligt för teleskop som Hubble att se föremål som annars skulle vara för svaga och långt borta. Detta kommer att kombinera Hubbles kraft med den naturliga förstärkning som orsakas av stark gravitationslinsering av avlägsna galaxkluster för att studera det förgångna universum. Einstein förutspådde detta när han förklarade hur stora föremål böjer rum-tid för att skapa vad vi upplever som gravitation. Astronomer har utnyttjat så kallade gravitationslinser för att öka Hubbles bildkrafter och kika längre tillbaka i tiden. De säger att de senaste bilderna kan hjälpa till att förfina sina uppskattningar av mängden och fördelningen av mörk materia i den linsande galaxen. Mörk materia kan inte ses direkt utan tros utgöra det mesta av universums massa. Av en slump var supernovan, som exploderade för omkring nio miljarder år sedan, i linje med det mellanliggande galaxklustret som användes under en Hubble observationsperiod 2011. Forskare återvände till bilderna i november för att leta efter supernovor och hittade fyrdubbla rendering - en konfiguration som kallas Einstein kors. "Supernova teamet tittade på denna bild och bam, upp dök inte en, inte två, inte tre, men fyra bilder, sade astronomen Jennifer Lotz, med Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. De hade otroligt tur. Även om astronomer har upptäckt dussintals avbildade galaxer och kvasarer, har de aldrig sett en stjärnexplosion lösas in i flera bilder. Objektet har fått namnet Supernova Refsdal till ära för norsk astronom Sjur Refsdal och är den första upptäckta multiplikationsbilden av supernova. Astronomer har utnyttjat så kallade gravitationslinser för att öka Hubbles bildkrafter och kika längre tillbaka i tiden. De säger att de senaste bilderna kan hjälpa till att förfina sina uppskattningar av mängden och fördelningen av mörk materia i den linsande galaxen. Supernovan visas i botten av mitten av denna bild. Det verkar omkring 20 gånger ljusare än dess naturliga ljusstyrka på grund av de kombinerade effekterna av två överlappande linser, säger Jens Hjorth med Dark Cosmology Center i Danmark. Ljuset från supernovan kommer att blekna när explosionen avtar, men på grund av att galaxhopen ytterligare förvränger sitt ljus förväntar sig astronomerna en omkörning. Supernova förekommer där det sker en förändring i stjärnans kärna. En förändring kan ske på två olika sätt, med båda resulterar i en supernova. Den första typen av supernova händer i binära stjärnsystem. Binära stjärnor är två stjärnor som kretsar runt samma punkt. En av stjärnorna, en kolsyrevit dvärg, stjäl materia från sin följeslagare stjärna. Så småningom samlar den vita dvärgen på sig för mycket materia. Att ha för mycket materia får stjärnan att explodera, vilket resulterar i en supernova. Den andra typen av supernova inträffar i slutet av en enda stjärnas livstid. När stjärnan tar slut på kärnbränsle, strömmar en del av dess massa in i dess kärna. Så småningom är kärnan så tung att den inte kan stå emot sin egen gravitationskraft. Kärnan kollapsar, vilket resulterar i den enorma explosionen av en supernova. "De fyra supernova bilder fångade av Hubble dök upp inom några dagar eller veckor av varandra och vi hittade dem efter att de hade dykt upp," Steve Rodney, med Johns Hopkins University. "Men vi tror att supernovan kan ha dykt upp i en enda bild för ungefär 20 år sedan på andra håll i klusterfältet, och ännu mer spännande är att den förväntas dyka upp igen under nästa till fem år," tillade han. "Vid den tiden hoppas vi kunna fånga den i handling." Supernovans olika ljusvägar är jämförbara med flera tåg som lämnar en station samtidigt, alla färdas i samma hastighet och är på väg mot samma plats. Varje tåg tar dock en annan rutt, och avståndet för varje rutt är inte detsamma, vilket gör att de anländer vid olika tidpunkter. På liknande sätt visas inte supernova-bilderna samtidigt eftersom en del av ljuset fördröjs genom att resa runt kurvor som skapats av gravitationen av tät mörk materia i den mellanliggande galaxhopen. "Vår modell för den mörka materian i klustret ger oss förutsägelsen om när nästa bild kommer att visas eftersom den berättar för oss hur länge varje tågbana är, som korrelerar med tiden", sade professor Rodney. Att mäta tidsfördröjningarna mellan bilderna ger ledtrådar till vilken typ av förvrängd terräng supernovans ljus måste täcka och kommer att hjälpa astronomerna finjustera modellerna som kartlägger klustrets massa. "Vi har redan missat en som vi tror dök upp för ungefär 20 år sedan, och vi hittade dessa fyra bilder efter att de redan hade dykt upp", tillade professor Rodney. "Förutsägelsen av denna framtidsbild är den som är mest spännande eftersom vi kanske kan fånga den. Vi hoppas att komma tillbaka till detta fält med Hubble, och vi kommer att fortsätta att titta för att se när den förväntade nästa bild visas. " Galaxklustret fokuserar supernovaljuset längs minst tre separata vägar, och sedan när en av dessa ljusvägar råkar vara exakt i linje med en enda elliptisk galax inom klustret, uppstår en sekundär linseffekt. Den mörka materia som förknippas med den elliptiska galaxen omfokuserar ljuset till ytterligare fyra vägar. Nio miljarder ljusår bort, en galax gravitation projicerar en avlägsen supernova på himlen bildar vad som kallas en Einstein Cross (visas av gula punkter)
Supernova kunde ses eftersom dess ljus tog olika vägar.
Detta gjorde det möjligt för astronomer att ta fyra bilder av den antika stjärnan.
En massiv galaxkluster förvrängde ljuset när det reste till jorden.
Einstein förutspådde detta skulle hända i hans teori som förklarar hur objekt böjer rum-tid för att skapa vad vi upplever som gravitation.
Bilder kan hjälpa till att förklara mörk materia beteende i närliggande kluster.
Ljuset från supernovan förväntas dyka upp igen de närmaste åren.