Soczewkowanie grawitacyjne, przewidywane 90 lat temu przez Einsteina, zostało potwierdzone obserwacjami cztery lata po opublikowaniu jego pracy. Dokonano tego poprzez obserwację załamania światła gwiazd pod wpływem grawitacji Słońca podczas zaćmienia. Kilkadziesiąt lat później, wraz z pojawieniem się bardziej zaawansowanych teleskopów, soczewkowanie grawitacyjne stało się popularnym narzędziem do badania Wszechświata. Ale do niedawna nikt nie widział takiego zjawiska jak zygzak Einsteina.
Wszystko zaczęło się, gdy astronomowie zainteresowali się odległym kwazarem J1721+8842. Pierwsze obserwacje wykonano w 2017 roku za pomocą Panoramic Survey Telescope i Rapid Response System (Pan-STARRS) znajdującego się w Obserwatorium Haleakala na Hawajach. Obiekt demonstrował zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, które pojawiło się na zdjęciach w czterech egzemplarzach.
Jak Einstein wyjaśnił w 1915 roku, materia jest ściśle powiązana z czasoprzestrzenią. Masywne obiekty zaginają czasoprzestrzeń, powodując, że światło podąża za tymi krzywymi. Krzywe, podobnie jak soczewki, skupiają i kierują światło, dlatego na obrazach teleskopowych ten sam obiekt podwoi się, potroi i będzie widoczny jednocześnie w różnych punktach przestrzeni. Najczęściej obserwuje się pojedyncze soczewki grawitacyjne. Może dlatego, że są łatwiejsze do wykrycia? Czasem jednak zdarzają się dziwne zjawiska, jak krzyż czy pierścień Einsteina, kiedy masa skupiająca światło odległego obiektu (galaktyki lub gromady galaktyk wraz ze zgromadzoną wokół nich ciemną materią) jest zlokalizowana w precyzyjnie skalibrowany sposób w stosunku do obiektu.
Jednym z takich wyjątkowych obiektów okazał się Quasar J1721+8842. A połączenie teleskopu Webba z jego obserwacjami sprawiło, że odkrycie było naprawdę rzadkie i pierwsze w historii. Czułość Webba umożliwiła wykrycie dwóch kolejnych kopii odległego kwazara – w sumie sześć. Okazało się, że światło pochodzące z kwazara oddalonego od nas o 11 miliardów lat jest załamywane przez dwie masy – jest dwukrotnie soczewkowane grawitacyjnie. Najpierw jego światło jest załamywane przez odległą galaktykę odległą o 10 miliardów lat, a następnie przez bliższą galaktykę odległą o 2,3 miliarda lat. Wszystkie trzy obiekty są ułożone w taki sposób, że światło kwazara wydaje się płynąć zygzakiem w czasoprzestrzeni, odchylane najpierw przez jedną galaktykę, a potem przez drugą. Nikt nigdy nie zaobserwował takiego efektu.
Kopie kwazara oznaczono literami, łuki to kopie odległej galaktyki (która również „pomnożyła się”), pośrodku znajduje się pobliska galaktyka
Co więcej, unikalne rozmieszczenie mas soczewkujących i źródła światła (kwazaru) pozwala na jednoczesne wykonanie dwóch pomiarów – w celu ustalenia ograniczeń w wyznaczaniu stałej Hubble’a i nałożenia ograniczeń na równania do szacowania ciemnej energii. Zwykle można zrobić jedno lub drugie. Jednoczesna ocena obu kontrowersyjnych wielkości da nauce więcej niż inne pomiary.
Jeśli chodzi o stałą Hubble’a, istnieją wskazówki, że jej wartość jest inna w lokalnym Wszechświecie i we wczesnym Wszechświecie. Niewiele wiadomo na temat ciemnej materii. „Wypycha” obiekty we Wszechświecie i im dalej są od siebie, tym szybciej się oddalają. Dwa punkty załamania światła z J1721+8842 na różnych krańcach Wszechświata to dogodna okazja do poszukiwania różnic. Naukowcy ostrzegają jednak, że jest zbyt wcześnie na wyciąganie wniosków. Po pierwsze, wymagana jest dogłębna praca teoretyków z uwzględnieniem uzyskanych danych, a to może zająć lata.
