В галактике MRG-M0138 на расстоянии 10 миллиардов световых лет телескоп Джеймса Уэбба обнаружил вспышку Сверхновой. Это вторая Сверхновая за несколько лет, зафиксированная в одной и той же галактике. Несколькими годами ранее аналогичную вспышку зафиксировал телескоп Хаббла. В обоих случаях вспышки зафиксированы единственно доступным на таких расстояниях методом гравитационной линзы.
В ноябре 2023 года телескоп Джеймса Уэбба наблюдал массивное скопление галактик MACS J0138.0-2155. Оно располагается на небе в южном созвездии Кита, а цифры в обозначении объекта каталога MAssive Cluster Survey указывают на небесные координаты, то есть прямое восхождение 01 h 38 m и склонение -21:55. За ним скрывается гораздо более удалённая галактика с обозначением MRG-M0138. Из-за эффекта гравитационного линзирования лучи света от этой галактики на пути к нам искривляют траекторию под влиянием гравитационного поля галактического скопления. Расстояние до фоновой галактики оценивают в 10 миллиардов световых лет, тогда как гравитационная линза — скопление галактик MACS J0138 находится гораздо ближе — всего в 4 миллиардах световых лет. Кроме увеличения с искажением формы, линза способствует репликации изображения, так, что в кадре видно пять копий объекта MRG-M0138.
Это скопление примечательно тем, что на его снимках семилетней давности, сделанных телескопом Хаббла, видна вспышка Сверхновой в фоновой галактике, причём сразу в нескольких экземплярах изображений MRG-M0138. Сверхновую обнаружили постфактум в 2019 году, анализируя снимок «Хаббла» этого скопления от 2016 года. На снимке 2019 года с того же ракурса яркие точки — следы взрыва Сверхновой пропали, что было ожидаемо — такие звёзды после взрыва живут несколько месяцев, постепенно тускнея. В ноябре 2023 года на фотографиях в инфракрасном диапазоне этого же скопления, сделанных телескопом Джеймса Уэбба, в галактике обнаружили другую вспышку Сверхновой, пока что всего в двух «копиях» галактики MRG-M0138. Это первый случай обнаружения двух Сверхновых в одной и той же галактике с использованием гравитационной линзы.
Если на пути света от удалённого объекта (очень далёкой галактики и взрыва Сверхновой в ней) стоит гравитационная линза (скопление галактик значительно ближе), то свет от фонового объекта может достичь Земли несколькими путями. В этом случае можно разглядеть несколько изображений одного и того же явления, разнесённых по небесной сфере. Пояснение такого действия линзы можно видеть на стартовом рисунке в верхней части статьи. Поскольку пути световых лучей по разным траекториям различаются, времена их прохождения также могут быть различными. Если событие — вспышка Сверхновой в фоновой галактике, то на разных клонах-изображениях этой галактики моменты вспышки будут различными. Сопоставляя эти времена особенно для таких удалённых объектов, можно сделать выводы об изменении скорости расширения Вселенной, то есть постоянной Хаббла. Но таких зафиксированных Сверхновых, наблюдаемых в виде нескольких изображений, пока очень мало — на сегодня их известно около десятка.
Сверхновая 2016 года в галактике MRG-M0138, которую назвали «Реквием», выделяется среди таких объектов. Во-первых, она располагается очень далеко — на расстоянии 10 миллиардов световых лет, это одна из самых дальних известных сверхновых. Во-вторых, она, возможно, относится к типу сверхновых Ia — такие звёзды используются как «стандартные свечи» — объекты, по свойствам которых можно измерить расстояние до них, соответственно определить расстояние до галактики. В-третьих, модели этой гравитационной линзы позволяют предположить, что одно изображений этой сверхновой ещё находится в пути — притяжение скопления галактик сильно замедляет движение луча света по одному из путей, поэтому ещё одно изображение достигнет Земли только в 2030-х годах. Но Сверхновую 2016 года обнаружили только ретроспективно в 2019 году, задолго после того, как она погасла, поэтому не удалось собрать достаточно данных для определения по ней постоянной Хаббла.
Теперь в той же галактике по данным телескопа Джеймса Уэбба обнаружили ещё одну гравитационно линзированную Сверхновую (её неофициально назвали «Сверхновая Encore»). На снимке 2023 года она выступает пока только в двух экземплярах в разных «клонах» фоновой галактики, потому что остальные её изображения ещё не достигли Земли. Поэтому у астрономов есть уникальная возможность наблюдать за развитием событий в реальном времени, по мере поступления световых лучей от одного и того же объекта по разным путям. Encore также имеет подтип Ia и может использоваться в качестве «стандартной свечи». На сегодня она и ранее обнаруженная сверхновая-2016 — наиболее удалённая пара взорвавшихся звёзд этого типа. При помощи телескопа Джеймса Уэбба астрофизики надеются, наблюдая за последовательными появлениями изображений вспышки, уточнить значение постоянной Хаббла в ранней Вселенной.
Появление сверхновых — заранее непредсказуемое событие. Но благодаря гравитационной линзе можно точно указать, когда и в каком месте можно ждать изображения вспышки. Наблюдения в инфракрасном спектре около 2035 года позволят зафиксировать последние следы активности вспыхнувшей пары звёзд.