27 407 subscribers

Гравитационное линзирование – «глаза света»

296 full reads
480 story viewsUnique page visitors
296 read the story to the endThat's 62% of the total page views
3 minutes — average reading time
Гравитационное линзирование – «глаза света»

Если мы сможем рассмотреть далекие миры планет, удалённых от нас на многочисленные световые годы, то, скорее всего, при помощи эффекта гравитационного линзирования.

Что такое гравитационная линза?

Гравитационные линзы – это массивные тела, способные изменять своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения. Таким массивным телом может быть что угодно: планеты, звёзды, галактики и их скопления, а также скопления тёмной материи. Чем больше масса такого тела, тем, следовательно, и сильнее будет искривление.

Гравитационное линзирование – «глаза света»

Ещё Эйнштейн догадывался о том, что гравитация может воздействовать на световые лучи и искажать их траектории. Открытие этого явления подтвердило догадку известного физика, описанную им в Общей Теории Относительности.

Давайте вообразим, что мы хотим наблюдать какую-нибудь гипотетическую галактику с Земли. Если между нами и этой гипотетической галактикой не будет других объектов, то свет пойдёт по прямой траектории. Если между нами и наблюдаемой нами галактикой расположится другой, незначительный по массе объект, то свет от гипотетической галактики будет просто заслонен, и мы ее совсем не увидим. Но если этот заслоняющий объект будет внушительных размеров, то силой своей гравитации он исказит пространство вокруг себя, и тогда фотоны под ее влиянием поменяют свою траекторию, и наблюдатель всё-таки увидит эту гипотетическую галактику. Лучи света, исходящие от гипотетической галактики, встретившись с массивным телом на своём пути, окажутся притянутыми к нему, в результате чего их траектория обогнёт массивное тело и все они сойдутся как раз в точке нахождения наблюдателя. Но такие лучи могут и обмануть нас: во-первых, лучей, стянутых гравитацией, очень много, и они могут сформировать изображение галактики, кардинально отличающееся от реального; во-вторых, лучи, обогнувшие массивное тело, могут прийти с разных сторон, поэтому наблюдатель может увидеть несколько таких гипотетических галактик вместо одной.

Гравитационное линзирование – «глаза света»

Так, есть интересный объект, называемый «Крест Эйнштейна» в созвездии Пегаса. На самом деле там находится один квазар, но мы видим сразу 4 таких объекта! Это получается из-за того, что гравитационной линзой служит галактика, находящаяся между этим квазаром и нами. Квазар проживает на расстоянии 8 млрд световых лет. Ядро галактики не симметрично и больше напоминает по плотности распределения вещества куб, а не сферу, поэтому и у нас «четверится» изображение одного квазара.

Крест Эйнштейна
Крест Эйнштейна

Само название этого интересного эффекта сформировалось из-за того, что лучи света, расходящиеся от своего источника, огибающие массивное тело и сходящиеся в точке нахождения наблюдателя, своими траекториями напоминают гигантскую линзу. Но, кстати, в отличие от оптических линз, гравитационная линза не имеет точки фокусировки. Сильнее всего гравитационная линза будет искривлять те лучи света, которые будут идти к её центру, а, соответственно, те лучи, которые пройдут ближе к краю, будут искривлены в наименьшей степени. В литературе эффект гравитационного линзирования именуется кольцом Эйнштейна.

Как получается Крест Эйнштейна
Как получается Крест Эйнштейна

Типы гравитационных линз

Учёные выделяют три типа:

1. Сильное гравитационное линзирование - судя по названию, понятно, что его трудно не заметить, - сильное искажение световых лучей сверхмассивными телами. Благодаря этому типу мы можем изучать очень далёкие объекты глубокого космоса, а именно, увидеть, какими они были в прошлом, таким образом, исследовать историю и эволюцию Вселенной.

Гравитационное линзирование – «глаза света»

2. Слабое гравитационное линзирование – это небольшие искажения объекта, а именно, того, что находится позади него, линзирующее поле или фон. Исследование слабого гравитационного линзирования требует очень тщательного наблюдения, но оно не менее важно, так как именно при помощи изучения линзирующего поля учёные могут понять суть распределения тёмной материи во Вселенной.

3. Микролинзирование, пожалуй, самый сложный тип, так как наблюдаемого искажения формы нет. Во времени изменяется только количество света, полученного от фонового объекта. Источником света при таком типе линзирования могут быть далекие звезды или планеты, а гравитационной линзой – другие звезды Млечного Пути. Наблюдаемая картина при микролинзировании формируется в течение нескольких дней, ведь свету необходимо время, чтобы добраться до наблюдателя.