Гравитационные линзы

Гра­ви­та­ци­он­ные лин­зы суще­ству­ют даже в мире нью­то­нов­ской меха­ни­ки: фотон – части­ца, дви­жу­ща­я­ся в поле тяго­те­ния тела мас­сы М со ско­ро­стью све­та, откло­ня­ет­ся на угол 9 = 2MG/​rc2, где G – гра­ви­та­ци­он­ная посто­ян­ная, r – при­цель­ное рас­сто­я­ние. В общей тео­рии отно­си­тель­но­сти (если огра­ни­чи­вать­ся малы­ми угла­ми) угол откло­не­ния ров­но в два раза боль­ше. Эту удво­ен­ную вели­чи­ну откло­не­ния све­та звезд у дис­ка Солн­ца обна­ру­жил Артур Эддинг­тон в 1919 г., во вре­мя пол­но­го затме­ния Солн­ца. Фриц Цви­ки в 1937 г. пред­ска­зал, что галак­ти­ки могут давать вполне наблю­да­е­мый эффект гра­ви­та­ци­он­но­го лин­зи­ро­ва­ния, и в 1979 г. тако­вое было обна­ру­же­но: нашли «двой­ной» ква­зар, ока­зав­ший­ся раз­дво­ен­ным изоб­ра­же­ни­ем одно­го ква­за­ра. Но во всей кра­се мы уви­де­ли гра­ви­та­ци­он­ные лин­зы лишь с запус­ком «Хаб­б­ла».

Клас­си­че­ский слу­чай лин­зи­ро­ва­ния, «коль­цо Эйн­штей­на», воз­ни­ка­ет, когда объ­ект нахо­дит­ся точ­но на луче зре­ния поза­ди галак­ти­ки-лин­зы. Тогда изоб­ра­же­ние объ­ек­та (галак­ти­ки на зад­нем плане) рас­тя­ги­ва­ет­ся в коль­цо. При­ме­ры таких более-менее пра­виль­ных колец даны на пер­вых четы­рех сним­ках. Лин­за суще­ствен­но уве­ли­чи­ва­ет яркость изоб­ра­же­ния (ино­гда в десят­ки раз).

Нако­нец, самую впе­чат­ля­ю­щую кар­ти­ну лин­зи­ро­ва­ния дают мас­сив­ные скоп­ле­ния галак­тик. На сним­ках – скоп­ле­ние галак­тик Abell 1698. Дуги и ова­лы -это дале­кие галак­ти­ки, лин­зи­ро­ван­ные гра­ви­та­ци­он­ным полем скоп­ле­ния. Основ­ной вклад в гра­ви­та­ци­он­ное поле дает тем­ная мате­рия, кото­рая более рав­но­мер­но рас­пре­де­ле­на по скоп­ле­нию, чем све­тя­щи­е­ся звез­ды. Ока­зы­ва­ет­ся, по изоб­ра­же­ни­ям дале­ких галак­тик – дугам и эллип­сам мож­но хоро­шо вос­ста­нав­ли­вать рас­пре­де­ле­ние тем­ной мате­рии в скоп­ле­нии, луч­ше, чем по луче­вым ско­ро­стям галак­тик. Скоп­ле­ние рас­по­ло­же­но на рас­сто­я­нии 2,2 мил­ли­ар­да све­то­вых лет, лин­зи­ро­ван­ные галак­ти­ки – гораз­до даль­ше. Уве­ли­чи­тель­ный и уси­ли­ва­ю­щий эффект поз­во­ля­ет раз­гля­деть в этих иска­жен­ных изоб­ра­же­ни­ях шаро­вые скоп­ле­ния и поло­сы пыли, что ина­че с таких рас­сто­я­ний не вид­но.

Gravitational Lens G2237+0305
Gravitational Lens G2237+0305

Дру­гой клас­си­че­ский при­мер – Крест Эйн­штей­на: четы­ре сим­мет­рич­ных изоб­ра­же­ния одно­го ква­за­ра. В цен­тре долж­но быть пятое, но то, что мы видим в цен­тре, – это галак­ти­ка-лин­за. Пятое, более сла­бое, теря­ет­ся на ее фоне. В дан­ном слу­чае вме­сто коль­ца полу­ча­ет­ся четы­ре изоб­ра­же­ния пото­му, что галак­ти­ка-лин­за не сфе­ри­че­ски сим­мет­рич­на. Ква­зар нахо­дит­ся на рас­сто­я­нии 8 мил­ли­ар­дов све­то­вых лет, галак­ти­ка – в 20 раз бли­же.

На сним­ке вни­зу еще один слу­чай, когда гра­ви­та­ци­он­ная лин­за высту­па­ет как инстру­мент, даю­щий науч­но зна­чи­мый резуль­тат. Жел­тая дуга в ниж­ней пра­вой части сним­ка – галак­ти­ка с крас­ным сме­ще­ни­ем око­ло 5, это самая дале­кая из наблю­да­е­мых галак­тик, даль­ше вид­ны толь­ко ква­за­ры и гам­ма-всплес­ки. Спра­ва ввер­ху изоб­ра­же­ние галак­ти­ки дано в уве­ли­чен­ном виде, спра­ва вни­зу – с ком­пен­са­ци­ей иска­же­ний. Ее воз­раст на сним­ке состав­ля­ет все­го 7% нынеш­не­го воз­рас­та Все­лен­ной. И уже тогда есть ярчай­шие оча­ги звез­до­об­ра­зо­ва­ния, их раз­мер состав­ля­ет око­ло 700 све­то­вых лет. Вид­ны дета­ли, в 7–10 раз мень­шие, чем «Хаб­бл» смог бы раз­ли­чить без гра­ви­та­ци­он­ной лин­зы.

Сним­ки кос­ми­че­ско­го теле­ско­па «Хаб­бл» доступ­ны по адре­су www.stsci.edu в виде хоро­шо систе­ма­ти­зи­ро­ван­но­го аль­бо­ма. Они откры­ты для неком­мер­че­ско­го исполь­зо­ва­ния.

Поло­су под­го­то­вил Борис Штерн

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: