Jaki jest efekt znany jako soczewkowanie grawitacyjne? Jak to działa? Jakie obiekty mogłyby wywołać ten efekt?
Odpowiedzi:
Soczewkowanie grawitacyjne to zginanie światła przez masywne obiekty pomiędzy obserwatorem (nami), a źródłem światła w tle. Jest to bezpośrednie przewidywanie teorii ogólnej teorii względności Einsteina, które zostało przetestowane i potwierdzone przez Sir A dalszym Eddington podczas słynnego zaćmienia Słońca w dniu 29 maja 1919 r. , Gdzie obserwowano pozycję gwiazdy bardzo blisko Słońca w innym miejscu - dokładna pozycja została pomyślnie przewidziana przez GR.
Istnieje wiele sytuacji, które mogą prowadzić do soczewkowania grawitacyjnego. Tymi reżimami są:
Silne Lensowanie
Mocne soczewkowanie jest najbardziej oszałamiającą wizualnie formą soczewkowania grawitacyjnego i, jak sama nazwa wskazuje, wymaga niezwykle masywnego obiektu i znacznego wyrównania między soczewką a źródłem. Gromady galaktyk są najczęstszą przyczyną silnego soczewkowania grawitacyjnego. Częściowe łuki, pełne łuki ( pierścienie Einsteina ) i wiele obrazów to silne cechy soczewkowania grawitacyjnego, które można zaobserwować. Niektóre z najczęściej badanych obiektów wytwarzających silne cechy soczewkowania grawitacyjnego to gromady Abell , z których najbardziej znanym jest Abell 1689 (zdjęcie poniżej).
Silne funkcje soczewkowania, takie jak łuki i pierścienie, są zwykle spowodowane rozszerzonymi obiektami (takimi jak galaktyki tła, które nie są częścią samego gromady), a wiele obrazów (głównie systemy quad-obrazów) są zwykle obiektami takimi jak kwazary tła.
Słaba licencja
Słabe soczewkowanie grawitacyjne występuje znacznie częściej niż mocne soczewkowanie. Soczewki mogą być gromadami (w ich obszarach zewnętrznych), pojedynczymi galaktykami, a nawet strukturą wielkoskalową we wszechświecie. Słabe soczewkowanie nie jest zauważalnym efektem na oko, należy to zrobić statystycznie. Eliptyczność pola galaktyk tła obserwuje się na siatce i są one statystycznie uśredniane razem, aby utworzyć słaby sygnał soczewkowania. Zniekształcenia kształtu tych galaktyk tła z powodu soczewkowania są w skali procentowej. Przyjęto jednak jedno ważne założenie, że izofoto galaktyk (linie stałego światła) są eliptyczne, a ich orientacje są całkowicie losowe. Dzięki temu każda siećWytworzone styczne ścinanie wynika z soczewkowania grawitacyjnego. Na poniższym obrazku (od lewego górnego do prawego dolnego rogu) górna lewa ramka pokazuje niezasilone pole okrągłych galaktyk, a po jego prawej stronie pokazuje efekt soczewkowania. Obraz w prawym dolnym rogu dodaje szum kształtowy („realistyczne” pole galaktyk tła), a po jego prawej stronie widać, jak pole soczewki.
Wreszcie, efekty zniekształceń kształtu wyższego rzędu, w szczególności wygięcie , mogą wytwarzać rozszerzone źródła galaktyki nie tylko do ścinania, ale i do wyginania się. Jest to obecnie trudna rzecz do zmierzenia.
Mikrosoczewkowanie
Mikrosoczewkowanie jest reżimem soczewkowania, który jest najczęstszy w skali galaktyki Drogi Mlecznej. Może się to zdarzyć, gdy gwiazdy tła przechodzą za gwiazdami pierwszego planu. Mikrosoczewkowanie jest w rzeczywistości wystarczająco silne, aby wytworzyć wiele obrazów gwiazdy tła, ale ponieważ separacje obrazów są tak małe (skala w skali mikro-łuku - stąd nazwa), to, co obserwujemy (ponieważ rozdzielczość kątowa mikrosekundy jest trudna do osiągnięcia ) to zmiana strumienia, gdy obiekt porusza się do i poza linię względem pośredniego obiektu masywnego. Co ciekawe, mikrosoczewkowanie okazało się przydatne w wykrywaniu planet wokół gwiezdnych układów soczewkowych.
Soczewkowanie grawitacyjne to wpływ, jaki duże grawitacje wywierają na ścieżkę światła. Oto przykład efektu:
Animacja pokazuje czarną dziurę przechodzącą przed galaktyką (symulowana). Teoretycznie każdy obiekt o gęstości masy powierzchniowej większej niż krytyczna gęstość masy powierzchniowej byłby w stanie wytworzyć podobne takie efekty.
To, co się dzieje, polega na tym, że światło pada wzdłuż linii czasoprzestrzeni. Kiedy bardzo masywny przedmiot znajduje się w tkaninie, wygina tkaninę - ponieważ światło podąża za linią prostą na tkaninie , linia również jest zgięta. Oznacza to, że światło przechodzi w nieprostą linię, a tym samym efekt soczewkowania.
Zgodnie z tym samouczkiem NASA soczewkowanie grawitacyjne ma miejsce, gdy światło emitowane z odległego obiektu zostanie ugięte przez pole grawitacyjne dużego obiektu, takiego jak galaktyka, który znajduje się między nami a odległym obiektem.
Schemat podsumowujący ten efekt znajduje się poniżej:
Źródło: „Odkrycie niezwykłej soczewki grawitacyjnej” (Courbin i in.)
Jedna gwiazda przechodzi przed drugą z naszej perspektywy. Zamiast po prostu blokować światło odległej gwiazdy, światło odległej gwiazdy, które było wcześniej skierowane na jedną stronę, drugą stronę, powyżej, poniżej - w rzeczywistości wokół drugiej gwiazdy - jest teraz ugięte pod wpływem grawitacji z pobliskiej gwiazdy na fotonach. W rezultacie więcej fotonów trafia w naszą stronę niż było wcześniej.
Jakie obiekty spowodowałyby ten efekt? Masywny obiekt przelatujący przed gwiazdą.