Bức ảnh mới nhất trong loạt Picture of the Month của Kính viễn vọng Không gian James Webb ghi lại một trong những ví dụ ấn tượng nhất về hiện tượng thấu kính hấp dẫn. Đáng chú ý, các nhà thiên văn đã phát hiện hai trường hợp một thiên hà bị nhân thành từ bốn hình ảnh trở lên trong cùng một cụm thiên hà, điều chưa từng được ghi nhận trước đây.
ESA Webb mô tả khung cảnh này như một “nhà gương vũ trụ”, nơi hình ảnh của các thiên hà bị bẻ cong và nhân lên bởi trường hấp dẫn cực mạnh. Trung tâm bức ảnh là cụm thiên hà MACS J0454.1-0300, nằm cách Trái Đất khoảng 5 tỷ năm ánh sáng.
Do ánh sáng cần hàng tỷ năm để đến được Trái Đất, Webb đang cho chúng ta nhìn thấy cụm thiên hà này ở thời điểm vũ trụ mới khoảng 8 tỷ năm tuổi. Những thiên hà màu cam xuất hiện phía sau cụm còn ở xa hơn nữa.
Thấu kính hấp dẫn xảy ra khi một vật thể có khối lượng rất lớn, chẳng hạn một cụm thiên hà, làm cong không-thời gian và khiến đường đi của ánh sáng từ các thiên thể nằm phía sau cũng bị bẻ cong. Khi nhìn từ Trái Đất, ánh sáng có thể bị kéo dài thành những cung sáng, biến dạng hoặc tạo ra nhiều hình ảnh của cùng một thiên hà.
Hiện tượng này cũng đóng vai trò như một chiếc kính lúp tự nhiên. Những thiên hà quá xa và quá mờ để quan sát trực tiếp có thể được phóng đại đủ mạnh để Webb hoặc Hubble phát hiện. Kết hợp hiệu ứng này với gương chính đường kính 6.5m của Webb, các nhà thiên văn có thể quan sát sâu hơn vào lịch sử vũ trụ.
Trong một số điều kiện đặc biệt, thấu kính hấp dẫn có thể tạo ra hai, bốn hoặc thậm chí nhiều hình ảnh của cùng một thiên hà. Theo ESA Webb, việc nhìn thấy từ bốn hình ảnh trở lên là tương đối hiếm vì vị trí của thiên hà nền và hình dạng của vật thể khối lượng lớn phía trước phải được căn chỉnh theo một cấu hình rất cụ thể.
Những điều kiện như vậy chỉ xuất hiện trong khoảng 10-20% các cụm thiên hà được quan sát. Trong bức ảnh mới của Webb, cấu hình hiếm này xuất hiện tới hai lần trong cùng cụm MACS J0454.1-0300. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn ghi nhận hai trường hợp như vậy trong một cụm thiên hà duy nhất.
Khả năng phóng đại của thấu kính hấp dẫn trong một số khu vực cũng có thể đạt tới 300 lần, giúp các nhà khoa học quan sát những vật thể ở khoảng cách mà các kính thiên văn khó có thể nhìn thấy nếu chỉ dựa vào khả năng thu sáng của chính chúng.
MACS J0454.1-0300 không phải mục tiêu hoàn toàn mới đối với các kính thiên văn không gian. Hubble từng chụp khu vực này vào năm 2014, nhưng hình ảnh mới từ Webb cho thấy sự khác biệt rõ rệt về lượng thiên hà có thể quan sát được.
Theo ESA Webb, ảnh mới hé lộ thêm hàng trăm thiên hà không xuất hiện rõ trong ảnh Hubble trước đó. Những thiên hà này vốn đã tồn tại trong vùng quan sát, nhưng Webb nhạy hơn đáng kể với ánh sáng đỏ hơn phát ra từ các thiên thể ở rất xa.
Sự kết hợp giữa độ nhạy của Webb và khả năng khuếch đại tự nhiên từ thấu kính hấp dẫn giúp bức ảnh trở thành một trong những ví dụ trực quan nhất về cách các nhà thiên văn sử dụng chính cấu trúc của vũ trụ để quan sát những thiên hà xa xôi.
