Гравітаційна лінза — Вікіпедія

Частина циклу статей про
Гравітаційне лінзування
Типи: Сильне лінзування Слабке лінзування Мікролінзування
Теорія: Формалізм лінзування Кільце Ейнштейна Непарність числа зображень
Сильні лінзи Abell 1689 · Abell 2218 CL0024+17[en] · Скупчення Куля Хрест Ейнштейна · SDSSJ0946+1006 B1359+154[en] · QSO 0957+561[en]
Огляди Сильне: CLASS · SLACS (SDSS) Слабке: DLS[en] · Pan-STARRS · CFHTLS · DES · LSST · SNAP[en] · DESTINY[en] Мікро: OGLE · Gaia
п о р

Гравітаційна лінза — масивне тіло (планета, зоря) або система тіл (галактика, скупчення галактик), що викривлює своїм гравітаційним полем напрямок поширення випромінювання, подібно тому, як викривляє світловий промінь звичайна лінза.

Відкриття гравітаційного лінзування часто повʼязують з імʼям Ейнштейна, який зробив неопубліковані розрахунки гравітаційних лінз ще в 1912 році^[1], але опублікував статтю на цю тему лише в 1936 році^[2]. Першими, хто опублікував дослідження цього ефекту, вважаються Орест Хвольсон (1924)^[3] і Франтішек Лінк (1936)^[4]. У 1937 році Фріц Цвіккі запропонував, що гравітаційними лінзами можуть бути скупчення галактик. Лише в 1979 році цей ефект був підтверджений спостереженням подвійного квазара SBS 0957+561.

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

Як правило, гравітаційні лінзи, що здатні значно викривити зображення фонового об'єкта, мають досить великі маси: галактики і скупчення галактик, чорні діри. Компактніші об'єкти, наприклад, зорі, теж відхиляють промені світла, однак на настільки малі кути, що зафіксувати лінзування практично неможливо. У цьому випадку можна лише помітити короткочасне збільшення яскравості (об'єкта + лінзи) в той момент, коли лінза пройде між Землею й фоновим об'єктом. Якщо об'єкт-лінза яскравий, то помітити таку зміну нереально. Якщо ж компактний об'єкт-лінза випромінює мало або не видний зовсім, то такий короткочасний спалах цілком може спостерігатися. Події такого типу називаються мікролінзуванням. Інтерес тут пов'язаний не із самим процесом лінзування, а з тим, що він дозволяє виявити масивні й невидимі ніяким іншим способом компактні тіла.

Ще одним напрямком досліджень мікролінзування стала ідея використання каустик для одержання інформації як про самий об'єкт-лінзу, так і про те джерело, чиє світло вона фокусує. Переважна більшість подій мікролінзування цілком описується припущенням про сферичну симетрію обох об'єктів. Однак в 2—3 % усіх випадків спостерігається складна крива яскравості, з додатковими короткими піками, яка свідчить про формування каустик у лінзованих зображеннях ^[5]. Така ситуація може траплятися, якщо лінза має неправильну форму, наприклад, якщо лінза складається із двох або більше темних масивних тіл. Спостереження таких подій безумовно цікаво для вивчення природи темних компактних об'єктів. Прикладом успішного визначення параметрів подвійної лінзи за допомогою вивчення каустик може служити випадок мікролінзування OGLE-2002-BLG-069^[6]. Крім того, є пропозиції по використанню каустичного мікролінзування для з'ясування геометричної форми джерела, або для вивчення профілю яскравості протяжного фонового об'єкта, і зокрема для вивчення атмосфер зір-гігантів.

Теорія[ред. | ред. код]

Гравітаційну лінзу можна розглядати як звичайну лінзу, але тільки інакше залежним коефіцієнтом заломлення. Тоді загальне рівняння для всіх моделей можна записати наступним чином ^[7]:

${\displaystyle \eta ={\frac {D_{s}}{D_{d}}}\xi -D_{ds}{\hat {\alpha }}(\xi )}$

де η - координата джерела, ξ - прицільний параметр в площині лінзи. D_s, D_d відстань від спостерігача до джерела і лінзи відповідно, D_ds - відстань між лінзою і джерелом, α - кут відхилення.

Спостереження[ред. | ред. код]

Затримки в часі[ред. | ред. код]

Світлові промені, які заломлюються різними ділянками лінзи, долають різну відстань на шляху від об'єкта до Землі. Внаслідок цього одну й ту ж подію можна спостерігати кілька разів^[8].

10 листопада 2014 космічна обсерваторія Габбл зафіксувала вибух наднової SN Refsdal з червоним зсувом z=1.49 (9.34 млрд св.р.). Світло від спалаху утворило хрест Ейнштейна, лінзою слугувала найбільша галактика зі скупчення галактик MACS J1149.5+2223 (z = 0,54). Через два тижні японський учений Масамуне Огурі зробив прогноз, що все скупчення галактик подіє як ще одна гравітаційна лінза і повторний спалах наднової можна буде спостерігати через рік. 11 грудня 2015 телескоп Габбл зафіксував повторне зображення спалаху. Також з розрахунків Масамуне Огурі випливало, що вперше спалах цієї наднової був доступний земним спостерігачам 1997 року, проте на той час жоден з достатньо потужних телескопів не оглядав цю ділянку неба^[8].

Спостереження на різних довжинах хвиль[ред. | ред. код]

Поєднання спостережень на різних довжинах хвиль дозволяє астрономам створити більш повне уявлення про структуру, склад і поведінку об’єкта, ніж лише видиме світло. Величезна маса скупчення викривляє простір-час, створюючи гравітаційну лінзу, яка відхиляє світло від далеких галактик за межі скупчення. Результатом є спотворені смуги та дуги світла. Саме завдяки цій особливості, космічна обсерваторія Габбл зафіксувала конкретне скупчення галактик, яке розташоване на відстані майже дев’яти мільярдів світлових років від нас у сузір’ї Дракона. Це скупчення, яке отримало назву eMACS J1823.1+7822, виявилося одним з п’яти надзвичайно масивних скупчень галактик, які Габбл досліджував з метою вимірювання сили цих гравітаційних лінз, що дало змогу зрозуміти розподіл темної матерії в скупченнях галактик. Багатохвильове зображення було отримано з восьми різних фільтрів і двох різних інструментів: Advanced Camera for Surveys і Wide Field Camera 3. Обидва інструменти мали змогу переглядати астрономічні об’єкти лише в невеликій частині електромагнітного спектру за допомогою фільтрів, які дозволили астрономам знімати об’єкти на точно підібрані довжини хвиль. Відповідно, потужні гравітаційні лінзи, якою є eMACS J1823.1+7822, можуть в майбутньому надати змогу астрономам досліджувати більш віддалені галактики, діючи як величезні природні телескопи, що збільшують об’єкти, які інакше були б надто слабкими або віддаленими, щоб їх розпізнати^[9].

Див. також[ред. | ред. код]

• Гравітаційне відхилення світла
• Хрест Ейнштейна
• SDSSJ0946+1006 — система з подвійними кільцями Ейнштейна

Посилання[ред. | ред. код]

1. ↑ Tilman Sauer (2008). Nova Geminorum 1912 and the Origin of the Idea of Gravitational Lensing. Archive for History of Exact Sciences. 62 (1): 1—22. arXiv:0704.0963. Bibcode:2008AHES...62....1S. doi:10.1007/s00407-007-0008-4.
2. ↑ A brief history of gravitational lensing — Einstein Online. www.einstein-online.info. Архів оригіналу за 1 липня 2016. Процитовано 29 червня 2016.
3. ↑ Turner, Christina (14 лютого 2006). The Early History of Gravitational Lensing (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 25 липня 2008.
4. ↑ Bičák, Jiří; Ledvinka, Tomáš (2014). General Relativity, Cosmology and Astrophysics: Perspectives 100 years after Einstein's stay in Prague (вид. illustrated). Springer. с. 49—50. ISBN 9783319063492.
5. ↑ див. наприклад M. Dominik, Mon.Not.Roy.Astron.Soc. 353 (2004) 69(astro-ph/0309581)
6. ↑ astro-ph/0502018
7. ↑ Захаров А.Ф. Гравитационные линзы и микролинзы. М.:Янус-К, 1997. ISBN 5-88929-037-1
8. ↑ ^{а б} Наднова спалахнула ще раз у визначений час та в у визначеному місці. Elementy.ru ((рос.)) . фонд "Династія". 25 грудня 2015. Архів оригіналу за 27 грудня 2015. Процитовано 26 грудня 2015.
9. ↑ Хаббл зафіксував велетенську галактичну гравітаційну лінзу. // Автор: Герман Богапов. 15.05.2023

Література[ред. | ред. код]

Історичні статті[ред. | ред. код]

• Khvolson, O (1924). Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne. Astronomische Nachrichten. 221 (20): 329—330. Bibcode:1924AN....221..329C. doi:10.1002/asna.19242212003.
• Einstein, Albert (1936). Lens-like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field. Science. 84 (2188): 506—7. Bibcode:1936Sci....84..506E. doi:10.1126/science.84.2188.506. JSTOR 1663250. PMID 17769014.
• Renn, Jürgen; Tilman Sauer; John Stachel (1997). The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper. Science. 275 (5297): 184—6. Bibcode:1997Sci...275..184R. doi:10.1126/science.275.5297.184. PMID 8985006.

Основні джерела[ред. | ред. код]

• Blandford & Narayan; Narayan, R (1992). Cosmological applications of gravitational lensing. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 30 (1): 311—358. Bibcode:1992ARA&A..30..311B. doi:10.1146/annurev.aa.30.090192.001523.
• Matthias Bartelmann; Peter Schneider (17 серпня 2000). Weak Gravitational Lensing (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 26 лютого 2007.
• Khavinson, Dmitry; Neumann, Genevra (June–July 2008). From Fundamental Theorem of Algebra to Astrophysics: A "Harmonious" Path (PDF). Notices of the AMS. 55 (6): 666—675. Архів (PDF) оригіналу за 7 вересня 2008..
• Petters, Arlie O.; Levine, Harold; Wambsganss, Joachim (2001). Singularity Theory and Gravitational Lensing. Progress in Mathematical Physics. Т. 21. Birkhäuser.
• Tools for the evaluation of the possibilities of using parallax measurements of gravitationally lensed sources (Stein Vidar Hagfors Haugan. June 2008)

Примітки[ред. | ред. код]

• Video: Evalyn Gates – Einstein's Telescope: The Search for Dark Matter and Dark Energy in the Universe Archived 2018-09-02 at the Wayback Machine, presentation in Portland, Oregon, on April 19, 2009, from the author's recent book tour.
• Audio: Fraser Cain and Dr. Pamela Gay – Astronomy Cast: Gravitational Lensing, May 2007

Тематичні сайти Quora Словники та енциклопедії Велика каталанська енциклопедія · Велика каталанська енциклопедія · Велика норвезька енциклопедія · Энциклопедия Кругосвет · Encyclopédie Larousse · Encyclopædia Britannica · Encyclopædia Universalis Довідкові видання KBpedia · Nuovo soggettario Нормативний контроль BNE: XX5145759 · BNF: 12124900g · Freebase: /m/0d0wb · GND: 4210687-4 · J9U: 987007551256705171 · LCCN: sh86003129 · NDL: 00577410 · NKC: ph1086058 · SUDOC: 029675812

п о р Галактики Класифікація галактик Еліптична (E) Спіральна (S) з баром (SB) без бара (SA) анемічна проміжна (SAB) флокулентна з упорядкованою структурою магелланова Лінзоподібна (S0) з баром (SA0) без бару (SB0) проміжна (SAB0) Неправильна (Irr) Карликова (d) еліптична (dEs) неправильна) (dI) спіральна (dS) сфероїдальна (dSph) блакитна компактна (dBC) ультракомпактна (UCD) Пекулярна галактика Галактика зі спалахом зореутворення Кільцеподібна галактика Галактика з полярним кільцем Структура Ядро Надмасивна чорна діра Балдж Бар Диск Спіральний рукав Гало Гало темної матерії Міжгалактичний простір Активні ядра Релятивістський струмінь Сейфертівська галактика Радіогалактика Блазар Лацертид Квазари Взаємодія та великомасштабні структури Взаємодіючі галактики Супутник Зоряний потік Група галактик Місцева група Скупчення Надскупчення галактик Надскупчення Діви Ланіакея Надскупчення Персея—Риб Войд Пустотна галактика Галактична нитка Комплекс надскупчень Риб — Кита Велика стіна CfA2 Велика стіна Слоуна Велика Стіна Геркулеса — Північної Корони Метагалактика Явища та процеси Утворення та еволюція галактик Протогалактика Гравітаційна лінза Галактичний рік Списки галактик Найближчі галактики Спіральні галактики Квазари Скупчення Войди[en] Атлас пекулярних галактик Каталог Цвіккі Категорія:Галактики Портал:Астрономія

п о р Теорія відносності Спеціальна теорія відносності Передумови Принцип відносності Спеціальна теорія відносності Основи Система відліку Швидкість світла Стрімкість Рівняння Максвелла Формулювання Теорія відносності Галілея[en] Перетворення Галілея Перетворення Лоренца Наслідки Сповільнення часу Релятивістська маса[en] Еквівалентність маси і енергії Скорочення довжини Відносність одночасності Релятивістський ефект Доплера Прецесія Томаса Релятивістські диски[en] Простір-час Світловий конус Світова лінія Часопросторова діаграма Бікватерніони Простір Мінковського Загальна теорія відносності Передумови Вступ[en] Математичні основи Література Основні поняття Спеціальна теорія відносності Принцип еквівалентності Світова лінія Ріманова геометрія Діаграма Мінковського Явища Чорна діра Горизонт подій Ефект Лензе — Тіррінга Геодезична прецесія Лінзи Сингулярність Хвилі Парадокс драбини Парадокс близнят Задача двох тіл Передбачення ЗТВ Гравітомагнетизм Рівняння Формалізм Арновіта — Дезера — Мізнера БШСН формалізм[en] Рівняння Ейнштейна Геодезичні рівняння[en] Рівняння Фрідмана Лінеаризація гравітації Постньютонівський формалізм параметризований Рівняння Гамільтона — Якобі — Ейнштейна[en] Розширені теорії Теорія Бранса — Діке Калуци — Клейна Принцип Маха Квантова гравітація Розв’язки[en] Розв'язки рівнянь Ейнштейна Шварцшильда Райсснера — Нордстрема[en] Геделя Керра Керра — Ньюмена Каснера[en] Тауба — Нута[en] Мілна[en] Робертсона — Вокера Просторово-часові хвилі[en] Пил ван Стокума Ейнштейнівський вакуум Науковці Ейнштейн Лоренц Гільберт Пуанкаре Шварцшильд де Сіттер Райснер[en] Нордстрем[en] Вейль Еддінгтон Фрідман Мілн Цвіккі Леметр Гедель Вілер Робертсон[en] Бардін[en] Вокер[en] Керр Чандрасекар Елерс[en] Пенроуз Гокінг Тейлор Галс Віллем ван Стокум Тауб[en] Ньюман[en] Яу Торн Вайс Бонді Міснер Абрагам інші[en]