Кольцо эйнштейна


Гравитационное линзирование – один из интереснейших космических эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной.

Общие сведения


В действительности, гравитационное линзирование – это эффект, который обладают не только крупные, но и мелкие космические объекты. Суть его заключается в том, что когда наблюдатель смотрит на дальний источник света в космосе через другой космический объект, форма дальнего источника света искажается.


1058;акое искажение источника света может быть вызвано звездой или галактикой, через которую проходит свет от отдаленного объекта.

Существуют также данные, свидетельствующие о том, что искажать.


;ланеты. Однако в данном случае искажение будет настолько незначительным, что зафиксировать его можно будет только при помощи сверхмощных оптических приборов, да и то зафиксированная величина будет чисто формальной.


Эффект гравитационного линзирования был обнаружен относительно не так давно. Только с появлением новейших телескопов ученым удалось наблюдать этот интересный эффект и детально исследовать механизм его появления.


1054; том, как происходит механизм линзирования мы поговорим в следующем пункте.

Механизм линзирования

По логике, свет, исходящий от дальнего квазара (одного из наиболее ярких объектов во Вселенной) или галактики в направлении Земли, должен попадать на Землю под прямым углом.


1054;днако в некоторых случаях на пути этого света встречается другая галактика или сверхмассивная звезда, гравитационное поле, которое притягивает к себе электромагнитное излучение, направленное отдаленным объектом.

1042;следствие этого возникает эффект гравитационного линзирования, которому и посвящена эта статья.

Получается, что свет отдаленного объекта, попадая на галактику, находящуюся между ним и наблюдателем, искажает истинную форму источника, который послал его на Землю.


1058;очно так же делает обычная линза. Свет, попадая на нее, искажается. Если посмотреть через нее на объект, пославший свет, мы увидим, что он стал намного крупнее.

Форма, которую гравитационное линзирование придает отдале.


космическом пространстве проходят его лучи. Известные примеры искажения формы источника света мы приведем в следующем пункте.

Кольцо и Крест Эйнштейна

Современ.


9;ирования: Кольцо и Крест Эйнштейна. Оба они зависят оттого, через какую структуру в космосе проходит свет. Если свет поступает к наблюдателю через компактную галактику, форма объекта испустившего луч зрительно увеличивается, кроме того, из точки она превращается в окружность. Именно эту окружность ученые называют Кольцом Эйнштейна.

Второе интересное астрономическое явление – Крест Эйнштейна так же вызвано гравитационным линзированием. Принцип его возникновения аналогичен предыдущему. Разница заключается только в том, что свет от отдаленного объекта проходит не через компактную, а через спиральную галактику. В результате этого мы видим фигуру, своей формой напоминающую крест.

Наиболее интересные гравитационные линзы

Эффект гравитационного линзирования астрономам удалось зафиксировать благодаря мощным оптическим приборам. Среди них орбитальный телескоп Хаббл. К примеру, совсем недавно при помощи телескопа Хаббл был сделан снимок галактического кластера SDSS J1038+4849, состоящего из двух галактик. Излучение одной галактики проходит через другую в результате чего образуется эффект Эйнштейновского Кольца – одной из разновидностей гравитационного линзирования.

А вот второй схожий объект был обнаружен уже при помощи телескопа Гершель, который был запущен на орбиту в 2009 году. Данный объект представляет собой галактический кластер со сложно запоминающимся именем – H1429-0028. Этот кластер так же, как и предыдущий, состоит из 2-ух галактик, одна из которых выступает линзой. В данном случае вы так же будете наблюдать Кольцо Эйнштейна.

Если же вам интересно увидеть Эйнштейновский Крест, вам придется воспользоваться сверхмощным телескопом. Наведя его на созвездие Пегаса, вы сможете увидеть Крест, который является производным далекого квазара. По некоторым подсчетам он удален от нас на 11 миллиардов световых лет. Спиральная галактика-линза, благодаря которой мы можем наблюдать подобный эффект находится в 10 раз ближе квазара, практически на одной линии с ним.

Интересные факты

  1. Эффект гравитационного линзирования упоминается в недавно вышедшем фантастическом фильме «Интерстеллар».
  2. Эффекты Эйнштейновского Креста и Кольца названы в честь их первооткрывателя – знаменитого физика Альберта Эйнштейна.
  3. Визуально наблюдать гравитационное линзирование можно только в тех случаях, когда масса линзы равняется 1012масс нашего Солнца.
  4. При помощи гравитационного линзирования можно обнаружить неяркие объекты, а потому и невидимые объекты во Вселенной. Когда свет из отдаленного источника попадаете на такой объект, то как бы вспыхивает. Такой эффект называется гравитационным микролинзированием. С его помощью астрономам удалось обнаружить коричневые карлики, которые нельзя было увидеть другим способом.
  5. На сегодняшний день использование эффекта гравитационной линзы – единственный способ обнаружить темный, удаленный объект в космосе.

Кольцо эйнштейна

Источник: SpaceGid.com

Первая гравитационная линза

Первая гравитационная линза (если не считать эксперимента во время солнечного затмения 1919 года) была открыта в 1979 году, когда астрономы нашли нечто, получившее название Twin QSO. Первоначально астрономы полагали, что этот объект может быть парой очень похожих квазаров. Оба квазара были необычно близки друг к другу, и их красное смещение и спектр видимого света были на удивление похожими.

Но после тщательных наблюдений с помощью 2,1-метрового оптического телескопа в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне астрономы смогли выяснить, что на самом деле это один и тот же объект. Мы видим два его изображения, потому что свет квазара на пути к нам прошел вблизи галактики YGKOW G1, которая находится на расстоянии 4 миллиарда световых лет от Земли. Сам же квазар удален от нас на 8,7 миллиарда световых лет.

Кольцо эйнштейна
Снятая телескопом «Хаббл», так называемая «космическая подкова» – гигантская эллиптическая галактика на z=0,45, линзирующая карликовую галактику на z=2,38 / ©Lensshoe_hubble

Эти наблюдения были сделаны в оптическом диапазоне. Однако позднее команда во главе с Дэвидом Робертсом обнаружила различия между двумя изображениями квазара в радиочастотных изображениях, что внесло некоторые сомнения в предыдущую версию. В середине 1979 года ученые, используя радиотелескоп VLA (Very Large Array), расположенный в штате Нью-Мексико (США), обнаружили релятивистскую струю, выходящую из квазара A без соответствующего эквивалента в квазаре B.

Кроме того, расстояние между двумя изображениями в 6 угловых секунд показалось им слишком велико, чтобы объяснить его гравитационным эффектом галактики YGKOW G1. Но дальнейшие наблюдения с применением радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, проведенные командой ученых во главе с Марком Горенштейном в 1983 году, выявили по существу идентичные релятивистские струи как от квазара A, так квазара B, что говорит о том, что это все-таки два изображения одного и того же объекта.

Небольшие спектральные различия между квазаром A и квазаром B могут быть объяснены разной плотностью межгалактической среды на путях света, что приводит к различному гашению света, то есть поглощению и рассеянию электромагнитного излучения веществом (пылью и газом), находящимся в межзвездном пространстве, так называемой межзвездной экстинкцией. 30 лет наблюдений дали понять, что изображение А квазара достигает Земли примерно на 14 месяцев раньше, чем соответствующее изображение В, что приводит к разнице в длине пути в 1,1 световых года.

Кольца Эйнштейна

С тех пор было обнаружено несколько десятков гравитационных линз, в фокусе которых случайно оказалась наша планета. Наиболее известным видимым результатом гравитационного линзирования является кольцо Эйнштейна. В случае когда удаленный источник, гравитационная линза и телескоп на Земле выстраиваются в линию, астрономы могут видеть кольцо света вокруг изображения объекта, создавшего гравитационную линзу. Эти кольца света называются «кольцами Эйнштейна», реже – «кольцами Хвольсона-Эйнштейна».

Для науки кольца Эйнштейна интересны тем, что они дают возможность подробно рассмотреть очень далекие объекты, их структуру и идущие там процессы. Без случайно образовавшейся гравитационной линзы мы бы не смогли их увидеть. Более близкий объект срабатывает как линза, увеличивая видимый размер удаленного.

Однако исходный источник света будет наблюдаться в виде кольца вокруг массивного объекта линзирования, только если сам источник света, линза и наблюдатель находятся на одной линии. В случае отклонения взаимного расположения объектов от прямой, наблюдателю будет доступен только участок дуги.

Крест Эйнштейна

Крест Эйнштейна, наблюдаемый в созвездии Пегаса, на самом деле представляет собой четыре изображения одного квазара с галактикой-линзой в центре. Для его визуального наблюдения необходим телескоп с полуметровым диаметром объектива. Сам квазар Q2237+030 располагается примерно в 8 миллиардах световых лет от Земли, а линзирующая галактика ZW 2237+030 – в 20 раз ближе: в 400 миллионах световых лет от нас.

Кольцо эйнштейна
Крест Эйнштейна — четыре изображения далекого квазара обрамляют близкую галактику, служащую в данном случае гравитационной линзой / ©NASA

Изображений четыре, так как ядро галактики-линзы обладает так называемым квадрупольным распределением плотности. Гравитационные поля многих объектов в космосе не обладают сферической симметрией, поэтому в результате гравитационного линзирования может появиться несколько изображений одного объекта.

Миссия к солнечному фокусу

Сегодня мы наблюдаем гравитационные линзы с Земли и с космических обсерваторий на орбите. Мы не можем выбирать желаемый объект для наблюдения. И если бы мы хотели, например, рассмотреть с помощью гравитационной линзы окрестности какой-либо звезды, нам следовало бы отправить телескоп в определенную точку космического пространства, которая находилась бы на одной линии с интересующим нас объектом и достаточным по массе объектом, создающим гравитационную линзу.

Но почему бы и нет? Подходящий объект, который может создать гравитационную линзу, – это Солнце. Вспомним эксперимент, проведенный Артуром Эддингтоном. Траектории лучей света, проходящих мимо солнечного лимба, отклонились, а следовательно, они рано или поздно сойдутся.

Минимальное расстояние, на котором это произойдет, равно примерно 550 астрономическим единицам от Солнца.

Сигнал от звезды в этой точке будет усилен многократно. Как считают ученые, если установить в этой точке телескоп, то вокруг Солнца можно будет увидеть яркое кольцо – кольцо Эйнштейна, так будет наблюдаться усиленный сигнал интересующей нас звезды. К слову, такой фокус есть и у нашей планеты, но, по понятным причинам, он находится гораздо дальше, на расстоянии в 13 000 астрономических единиц от нее.

Еще в 1979 году физик Вон Эшлеман из Стэнфордского университета предложил создать космический аппарат, который можно было бы отправить в гравитационный фокус Солнца. Новую жизнь в эту идею вдохнул итальянский астроном Клаудио Макконе, предложивший в 1992 Европейскому космическому агентству миссию FOCAL (Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens), предполагающую отправку космического аппарата в гравитационный фокус Солнца.

Макконе полагает, что это позволит получить нам уникальные данные об интересующих нас планетных системах, вплоть до получения подробных изображений поверхностей экзопланет. Как отмечает Макконе, использование звезд в качестве гравитационных линз является логичным следующим шагом для астрономов, который даст нам поистине неповторимые возможности. «Каждая цивилизация получает от Вселенной великий дар: объектив такой силы, который никакая ра­зумная технология не могла бы повторить или превзойти. Этот объектив – звезда цивилизации. В нашем случае наше Солнце», – говорит Макконе.

Источник: naked-science.ru

Аспирант Маргерита Беттинеоли из Канарского института астрофизики и Университета Ла-Лагуна вместе с международной командой астрофизиков обнаружила необычный астрономический объект – кольцо Эйнштейна. Эти явления, предсказанные великим физиком-теоретиком в его общей теории относительности, редки и очень интересны с научной точки зрения. Исследование опубликовано в международном журнале Королевского астрономического общества.

Кольцо Эйнштейна представляет собой искаженное изображение очень далекой галактики, называемой «источником». Искажение происходит за счет искривления световых лучей от источника массивной галактикой, именуемой «линзой». Сильное гравитационное поле, создаваемое галактикой-линзой, искажает структуру пространства-времени в ее окрестности, не только притягивая объекты, которые имеют массу, но и «сбивая» с пути свет. Когда две галактики точно выровнены, образ дальней из них превращается почти в идеальный круг, который окружает «линзу».

«Канарское кольцо Эйнштейна» было открыто случайно в процессе работы Маргериты Беттинеоли над докторской диссертацией. Во время анализа данных, полученных с помощью камеры «Dark Energy Camera» на 4-х метровом телескопе имени Виктора Бланко, расположенном в межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили, она заметила среди звездного населения карликовой галактики Скульптор своеобразную морфологию кольца Эйнштейна. Это сразу привлекло внимание членов группы, и они начали наблюдать и анализировать его физические свойства с помощью спектрографа OSIRIS на Большом Канарском телескопе.

Вновь открытое кольцо оказалось одним из наиболее симметричных из всех обнаруженных ранее. Это означает, что две галактики почти идеально выровнены по отношению к нашей планете. Сейчас галактика-источник по подсчетам команды астрофизиков удалена от нас на 10 миллионов световых лет. Правда, когда свет начал свой путь, она находилась ближе, и свету потребовалось около 8,5 миллионов лет, чтобы достичь Земли. В объективы телескопов мы видим ее такой, какой она была в те далекие времена. Галактика-линза расположена немного ближе к нам, на расстоянии 6 миллионов световых лет. Новые звезды в ней почти перестали рождаться, а жители состарились.

«Изучение этих явлений дает нам точные данные о составе галактики-источника, а также о структуре гравитационного поля и темной материи галактики-линзы», – сказал Антонио Апарисио, ведущий исследователь из Канарского института астрофизики.

Источник: in-space.ru

Преимущества

Микролинзирование способно находить самые дальние и самые маленькие планеты из всех доступных в настоящее время методов обнаружения внесолнечных планет. В январе 2006 года ученые объявили об открытии с помощью микролинзирования планеты всего пяти масс Земли, вращающейся вокруг звезды около центра нашей галактики, на расстоянии 22 000 световых лет! Это была самая низкая масса планеты, обнаруженная к тому времени, а также самая отдаленная от Земли.

Кроме того, микролинзирование наиболее чувствительно к планетам, которые вращаются на средних и больших расстояниях от своей звезды. Это делает его дополнительным к методам обнаружения радиальной скорости и транзита, которые наиболее эффективны при обнаружении планет, вращающихся очень близко к их звездам.

Наконец, как и в случае транзитной фотометрии, поиски микролинзий носят массовый характер и охватывают одновременно десятки тысяч планет. Если событие микролинзирования происходит где-либо в пределах наблюдаемого звездного поля, оно будет обнаружено.

Если священным Граалем охоты на внесолнечные планеты является открытие других «Земель», то микролинзирование, несомненно, играет важную роль. Обнаружение планет малой массы на относительно больших расстояниях от их звезд делает ученых еще ближе к поиску планеты массой Земли. Поиск на больших расстояниях увеличивает количество потенциальных планет, которые можно обследовать с Земли.

Кольцо эйнштейна
МИКРОЛИНЗОВАЯ КРИВАЯ ОСВЕЩЕННОСТИ ПЛАНЕТЫ OGLE-2005-BLG-390LB Общая кривая показывает, что событие микролинзирования достигло пика 31 июля 2005 года, а затем уменьшилось. Возмущение около 10 августа указывает на присутствие планеты.

Недостатки

В отличие от планет, обнаруженных другими методами, которые связаны с определенными звездами и могут наблюдаться неоднократно, планеты, обнаруженные с помощью микролинзирования, никогда больше не будут наблюдаться. Это связано с тем, что события микролинзирования уникальны и не повторяются. Благодаря событию микролинзирования мы знаем, например, что планета, известная как «OGLE – 2005-BLG-390Lb», представляет собой холодный каменистый мир, вращающийся вокруг маленькой прохладной звезды около центра галактики. После того, как прошло несколько лет и фоновая звезда ушла, астрономы могут иногда снова наблюдать звезду линзирования и узнавать больше об этом. Что касается самого инопланетного мира, мы, вероятно, никогда больше не узнаем о нем, так как он никогда больше не будет наблюдаться.

Другая проблема с микролинзированием состоит в том, что расстояние обнаруженной планеты от Земли известно только в приблизительном приближении. При работе с планетами на расстоянии десятков тысяч световых лет это может означать ошибки в тысячи световых лет!

Наконец, микролинзирование зависит от редких и случайных событий — прохождения одной звезды точно перед другой, как видно с Земли. Это делает обнаружение планет этим методом сложным и непредсказуемым. В результате, несмотря на годы интенсивных наблюдений, OGLE – 2005-BLG-390Lb, анонсированный в январе 2006 года, был лишь третьей планетой, когда-либо обнаруженной микролинзированием.

Кольцо эйнштейна
1,3-МЕТРОВЫЙ ТЕЛЕСКОП «ВАРШАВА» В ЛАС КАМПАНАС, ЧИЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ OGLE

Микролинзинг Проекты

OGLE — эксперимент по оптическому гравитационному лицензированию, проводимый Анджеем Удальским из Варшавского университета, обнаружил первые три планеты, обнаруженные с помощью микролинзирования. Международный проект использует 1,3-метровый телескоп «Варшава» в Лас-Кампанас, Чили, для поиска событий микролинзирования. Каждую ночь телескоп направляется к одному и тому же плотному полю из 100 миллионов звезд в окрестности галактической выпуклости, в то время как сложные ПЗС-камеры телескопа отмечают любое изменение яркости любой точки в звездном поле. Каждый год OGLE обнаруживает около 500 событий микролинзирования, но обнаружение планет происходит крайне редко.

Всякий раз, когда OGLE обнаруживает событие микролинзирования, он связывается с сетью телескопов, которые специализируются на поиске признаков присутствия планеты. Сети, известные как PLANET (аномалии зондирующего зондирования), Robonet и microFUN (Microlensing Follow-Up Network), включают в себя 1 и 2-метровые телескопы по всему миру. Участвующие телескопы расположены в Ла Силле (Чили), Хобарте (Тасмания, Австралия), Перте (Австралия), Бойдене (Южная Африка), Сазерленде (Австралия), Ла Пальме (Испания) и Халеакале (Гавайи), Ауклнаде (Новая Зеландия). ), Претория (Южная Африка), Китт-Пик (Аризона), Гора Ида (Крит), Таити (Французская Полинезия) и Мицпе-Рамон (Израиль) и другие места. Вместе телескопы способны непрерывно освещать каждое событие микролинзирования, обеспечивая точную кривую блеска и показывая, присутствует ли планета или нет.

Источник: new-science.ru

Обсерватория «Кек о Мауна-Кеа» на Гавайях и рентгеновская обсерватория «Чандра» НАСА еще в 1980-х годах зафиксировали объект, способный раскрыть давнюю космическую тайну.

Это — квазар, излучающий невероятное количество света. На снимках ученые увидели кольцо Эйнштейна — кольцо света, искривленное гравитационным воздействием некоего массивного объекта, находящегося между квазаром и Землей. Данное явление называется гравитационным линзированием. Свет, исходящий из далекой галактики, деформируется, проходя возле объекта с большой массой.

Но ученые не просто нашли какое-то старое кольцо Эйнштейна, они обнаружили первое в мире кольцо Эйнштейна. Впервые этот объект наблюдался в 1987 году, но тогда астрономы еще не знали, как далеко он находится или каково его красное смещение (явление, при котором удаляющиеся объекты кажутся красными, потому что длины волн света при этом растягиваются).

Квазар с кольцом Энштейна NASA / ESA / SLACS

Но теперь ученые смогли определить расстояние до объекта. Они обнаружили, что квазар находится в 10 миллиардах световых лет от Земли (для интереса, при этом красное смещение составляет z = 1,849). Первыми расстояние до объекта вычислили старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (США) Дэниэл Стерн и научный сотрудник из Института астрономии Кембриджского университета в Великобритании Доминик Уолтон.

«Мы были удивлены, что никто никогда не пытался измерить расстояние до столь яркого источника света, — говорит Стерн. — Определение расстояния — первый шаг во всех исследованиях».

Источник: www.PopMech.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.