Что такое гравитационное линзирование?

Гравитационное линзирование — это эффект, который большое количество гравитации оказывает на путь света. Вот пример эффекта:

Анимация показывает черную дыру, проходящую перед галактикой (симуляция). Теоретически любой объект с поверхностной плотностью массы, превышающей критическую поверхностную плотность массы , мог бы производить подобные эффекты.

Происходит то, что свет идет по прямой линии вдоль ткани пространства-времени. Когда в ткани находится очень массивный предмет, он изгибает ткань — поскольку свет следует по прямой линии на ткани , линия также изгибается. Это означает, что свет идет не по прямой линии и, таким образом, возникает эффект линзы.

Гравитационное линзирование — это искривление света массивными объектами между наблюдателем (нами) и фоновым источником света. Это прямое предсказание общей теории относительности Эйнштейна, которое было проверено и подтверждено сэром Ортером Эддингтоном во время знаменитого солнечного всплеска 29 мая 1919 года, когда видимое положение звезды очень близко к Солнцу наблюдалось в другом месте . - точное положение было успешно предсказано GR.

Есть много ситуаций, которые могут привести к гравитационному линзированию. Эти режимы:

Сильное линзирование

Сильное линзирование — это наиболее визуально ошеломляющая форма гравитационного линзирования, и, как следует из названия, оно требует чрезвычайно массивного объекта и хорошего выравнивания между линзой и источником. Скопления галактик являются наиболее распространенной причиной сильного гравитационного линзирования. Частичные дуги, полные дуги ( кольца Эйнштейна ) и множественные изображения — все это сильные особенности гравитационного линзирования, которые можно наблюдать. Некоторыми из наиболее часто изучаемых объектов, создающих сильное гравитационное линзирование, являются скопления Абеля , самым известным из которых является Abell 1689 (изображение ниже).

Сильные особенности линзирования, такие как дуги и кольца, обычно возникают из-за протяженных объектов (например, фоновых галактик, которые не являются частью самого скопления), а множественные изображения (в основном системы с четырьмя изображениями) обычно являются объектами, такими как фоновые квазары.

Слабое линзирование

Слабое гравитационное линзирование встречается гораздо чаще, чем сильное линзирование. Линзы могут быть скоплениями (во внешних областях), отдельными галактиками или даже крупномасштабными структурами во Вселенной. Слабое линзирование не является заметным на глаз эффектом, скорее, это приходится делать статистически. Эллиптичности поля фоновых галактик наблюдаются на сетке и статистически усредняются вместе, чтобы создать слабый сигнал линзирования. Искажения формы этих фоновых галактик из-за линзирования выражены в процентах. Однако делается одно важное предположение, а именно, что изофоты галактик (линии постоянного света) имеют эллиптическую форму, а их ориентация совершенно случайна. При этом любая сетьтангенциальный сдвиг возникает из-за гравитационного линзирования. На изображении ниже (сверху слева направо внизу) верхний левый кадр показывает нелинзированное поле круглых галактик, а справа от него показан эффект линзирования. На изображение в правом нижнем углу добавлен шум формы («реалистичное» поле фоновых галактик), а справа показано, как поле будет линзироваться.

Наконец, эффекты искажения формы более высокого порядка, в первую очередь Flexion , могут привести к тому, что протяженные галактические источники будут не только сдвигаться, но и изгибаться. В настоящее время это трудно измерить.

Микролинзирование

Микролинзирование — это режим линзирования, наиболее распространенный в масштабах галактики Млечный Путь. Это может произойти, когда фоновые звезды проходят за звездами переднего плана. Микролинзирование на самом деле достаточно сильное, чтобы создавать несколько изображений фоновой звезды, но, поскольку разделение изображений настолько мало (масштаб в микросекунды дуги - отсюда и название), то, что мы наблюдаем (поскольку угловое разрешение в микросекунды трудно достичь ) представляет собой изменение потока по мере того, как объект перемещается и выходит из выравнивания с промежуточным массивным объектом. Интересно, что микролинзирование оказалось полезным для обнаружения планет вокруг звездных линзовых систем.

Согласно этому руководству НАСА , гравитационное линзирование — это когда свет, излучаемый удаленным объектом, будет искривляться гравитационным полем большого объекта, такого как галактика, которая находится между нами и удаленным объектом.

Диаграмма, обобщающая этот эффект, приведена ниже:

Источник: «Открытие необычной гравитационной линзы» (Курбин и др.)

С нашей точки зрения одна звезда проходит перед другой. Вместо того, чтобы просто блокировать свет от далекой звезды, свет от далекой звезды, который раньше был направлен в одну сторону, в другую сторону, вверху, внизу, фактически вокруг другой звезды, теперь искривляется под действием гравитации. от ближайшей звезды на фотоны. В результате к нам направляется больше фотонов, чем раньше.

Какие объекты будут вызывать этот эффект? Массивный объект, проходящий перед звездой.