Крест эйнштейна


Очень непросто измерить вращение гигантских дисков пыли и газа у сверхмассивных черных дыр в миллиардах световых лет от нас, но астрономы придумали, как это сделать.

С помощью нового метода ученые смогли определить спины пяти аккреционных дисков. Один из них, квазар Крест Эйнштейна, оказывается, вращается со скоростью больше 70% скорости света.

Новый метод включает в себя наблюдения в рентгеновском диапазоне и гравитационное линзирование.

The Einstein Cross, AKA Q2237. (J. Rhoads/ASU, WIYN, AURA, NOAO, NSF)

Некоторые объекты во Вселенной настолько массивны, что их гравитационное поле искривляет проходящий через них свет. Этот феномен называется гравитационным линзированием: искривленный свет дает несколько изображений одного объекта, позволяя астрономам разглядеть детали, которые иначе были бы незаметны.


Обычно эффект гравитационного линзирования наблюдается у массивных галактик, кластеров галактик и, конечно, квазаров.

Квазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной. Это активно поглощающие материю сверхмассивные черные дыры. Они светятся из-за трения в быстро вращающемся аккреционном диске. Излучение настолько сильное, что эти объекты видны с расстояния в несколько миллиарда световых лет.

Гравитационное линзирование позволяет рассмотреть еще больше деталей.

Chandra observations of lensed quasars. (NASA/CXC/Univ. of Oklahoma/X. Dai et al.)

В данном исследовании команда воспользовалась еще одним феноменом — гравитационным микролинзированием. Микролинзирование не вызывает никакого наблюдаемого искажения формы, объект лишь становится ярче. При микролинзировании искажающее гравитационное поле принадлежит более мелкому объекту — отдельной звезде в линзирующей галактике.


Нам известно, что вращающиеся черные дыры тянут с собой пространство-время. Этот эффект называется эффектом Лензе — Тирринга или увеличением инерциальных систем отсчета. Помимо прочего это означает, что внутренний край аккреционного диска вращается ближе к черной дыре, чем аккреционный диск невращающихся черных дыр. Чем сильнее вращение, тем ближе край диска.

Рентгеновское излучение возникает, когда быстро вращающийся диск создает высокотемпературную корону над диском. Рентгеновские лучи отражаются от внутреннего края аккреционного диска и искривляются гравитационным полем самой дыры.

Малая область рентгеновского излучения предполагает очень близкую орбиту, что, в свою очередь, говорит о чрезвычайно быстром вращении. Именно по такому алгоритму и наблюдениям через обсерваторию Чандра астрономы смогли вычислить скорость вращения черных дыр.

Быстрее всех исследованных вращалась черная дыра в Кресте Эйнштейна. Рентгеновское излучение исходило от региона всего в 2.5 раза больше горизонта событий. Это означает, что область вращается со скоростью 70% скорости света. То есть сам горизонт вращается со скоростью света.

Четыре оставшиеся черные дыры были не настолько экстремальными. Рентгеновское излучение наблюдалось в области от 5 до 6 радиусов горизонта событий, то есть эти дыры вращаются в два раза медленнее Креста Эйнштейна.


Эти черные дыры довольно массивны — от 160 до 500 миллионов масс Солнца. Для сравнения, масса черной дыры в центре Млечного пути всего 4 миллиона солнечных, да и сама дыра у нас очень спокойная.

Как же квазары так сильно разгоняются? По предположениям ученых, причина в том, что эти дыры втягивают материю уже на протяжении миллиардов лет. Нечему их замедлять, поэтому они просто продолжают разгоняться.

К сожалению, метод можно использовать на очень небольшом количестве объектов — лишь тех, чье рентгеновское излучение мы можем достаточно точно измерить современными инструментами.

Новое поколение телескопов позволит разглядеть гораздо большее число объектов.

Научная статья была опубликована в

The Astrophysical Journal.

Источник: zen.yandex.ru

Космические линзы

Гравитационную линзу создает мощное поле тяготения объекта, обладающего значительной массой (например, крупной галактики), случайно оказавшегося между наблюдателем и каким-либо удаленным источником света – квазаром, другой галактикой или яркой сверхновой.

Эйнштейновская теория гравитации рассматривает поля тяготения как деформации пространственно-временного континуума. Соответственно и линии, по которым распространяются световые лучи за наикратчайшие промежутки времени (геодезические линии), также искривляются. В результате наблюдатель видит изображение источника света искаженным определенным образом.

Что это такое – «крест Эйнштейна»?


Характер искажения зависит от того, какова конфигурация гравитационной линзы и от положения ее относительно луча зрения, соединяющего источник и наблюдателя. Если линза находится строго симметрично на фокальной линии, деформированное изображение получается кольцеобразным, если центр симметрии смещен относительно линии, то такое кольцо Эйнштейна бывает разбито на дуги.

При достаточно сильном смещении, когда расстояния, преодоленные светом, существенно различаются, линзирование формирует множественные точечные изображения. Крестом Эйнштейна, в честь автора общей теории относительности, в рамках которой и были предсказаны явления этого рода, именуют учетверенную картину линзируемого источника.

Квазар в четырех лицах

Один из самых «фотогеничных» четверных объектов – квазар QSO 2237+0305, принадлежащий к созвездию Пегаса. Он находится очень далеко: свет, испущенный этим квазаром, путешествовал более 8 миллиардов лет, прежде чем попал в объективы камер наземных и космических телескопов. Следует иметь в виду применительно именно к данному Кресту Эйнштейна, что это – имя собственное, хотя и неофициальное, и пишется с заглавной буквы.


Вверху на фото – Крест Эйнштейна. Центральное пятно – это ядро линзирующей галактики. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл».

Галактика ZW 2237+030, выступающая в качестве линзы, расположена в 20 раз ближе, чем сам квазар. Интересно, что из-за дополнительного линзирующего эффекта, производимого отдельными звездами, а возможно, звездными скоплениями или массивными газопылевыми облаками в ее составе, яркость каждого из четырех компонентов претерпевает постепенные изменения, причем неравномерные.

Разнообразие форм

Пожалуй, не менее красив крестообразно линзированный квазар HE 0435-1223, удаленный почти на такое же расстояние, как и QSO 2237+0305. Гравитационная линза благодаря совершенно случайному стечению обстоятельств занимает здесь такое положение, что все четыре изображения квазара разместились почти равномерно, образовав практически правильный крест. Этот необычайно эффектный объект расположен в созвездии Эридана.

И наконец особенный случай. Астрономам посчастливилось запечатлеть на фотоснимке, как мощная линза – галактика в составе огромного скопления на переднем плане — визуально увеличила не квазар, а взрыв сверхновой. Уникальность этого события в том, что сверхновая, в отличие от квазара, – феномен кратковременный. Вспышка, получившая название сверхновой Рефсдаль, произошла в далекой галактике более 9 миллиардов лет назад.

Некоторое время спустя к кресту Эйнштейна, усилившему и размножившему древний звездный взрыв, несколько поодаль добавилось еще одно – пятое – изображение, запоздавшее из-за особенностей строения линзы и, кстати, предсказанное заранее.

На снимке внизу можно увидеть «портрет» сверхновой Рефсдаль, размноженный гравитацией.

Научное значение явления


Разумеется, такое явление, как крест Эйнштейна, играет не только эстетическую роль. Существование объектов подобного рода – это необходимое следствие общей теории относительности, и их непосредственное наблюдение представляет собой одно из наиболее наглядных подтверждений ее справедливости.

Наряду с другими эффектами гравитационного линзирования они привлекают к себе пристальное внимание ученых. Кресты и кольца Эйнштейна дают возможность исследовать не только такие удаленные источники света, которые в отсутствие линз нельзя было бы увидеть, но и структуру самих линз – например, распределение темного вещества в скоплениях галактик.

В уточнении других важнейших космологических параметров, таких как постоянная Хаббла, также может помочь изучение неравномерно сложенных линзированных изображений квазаров (в том числе и крестообразных). Эти эйнштейновские кольца и кресты неправильной формы сформированы лучами, прошедшими разное расстояние за разное время. Поэтому сопоставление их геометрии с колебаниями яркости позволяет добиться большой точности в определении постоянной Хаббла, а значит, и динамики Вселенной.


Словом, удивительные явления, созданные гравитационными линзами, не только радуют глаз, но и играют серьезную роль в современных науках о космосе.

Источник: FB.ru

В прошлом месяце я бросил вам вызов, предложив испытание для невооруженного глаза. Сейчас у нас полная противоположность: Крест Эйнштейна.

 

Одним из предсказаний Общей теории относительности Альберта Эйнштейна 1916 года  было то, что свет от яркого отдаленного источника энергии должен отклоняться, «огибать» крупный объект, расположенный между этим источником и наблюдателем. При этом время, за которое свет достигает наблюдателя, изменится, в результате чего фоновый объект будет выглядеть увеличенным и искаженным.

 

Так гласит теория Эйнштейна, но как ее проверить? Наиболее крупные близлежащие объекты, известные в то время, например Солнце, одновременно были и очень яркими. Всё, что расположено позади такого объекта, настолько тускло по сравнению с ним, что будет казаться невидимым.

 

Сэр Артур Стэнли Эддингтон, ведущий британский астрофизик того времени, придумал решение: всё-таки использовать Солнце, но не в произвольный день, а во время полной фазы солнечного затмения, когда диск Луны полностью блокирует слепящую фотосферу.
едстоящее затмение 29 мая 1919 года было идеальным. Не только из-за необычайной продолжительности, но и потому что Солнце располагалось прямо перед звездным скоплением Гиады в Тельце, а значит будет множество звезд в окрестностях Солнца, на которых можно проверить теорию Эйнштейна. И хотя успешность этой экспедиции была под большим вопросом из-за всего — от природных туч и дождей до туч Первой мировой войны — наблюдения Эддингтона зафиксировали рядом с Солнцем те звезды, которые в это время на самом деле должны были находиться позади него. Эйнштейн оказался прав: гравитация может отклонять свет.

 

Map_sky.jpg.2a0fc1d77497b5a4c2cc536c23f3

Выше: осенняя звездная карта из книги Star Watch Фила Харрингтона.

 

chart.jpg.b879453d47554435fa997c02cd66cf

Выше: поисковая карта рубрики «Космический вызов» этого месяца, взята из книги Cosmic Challenge Фила Харрингтона. Кликните по ссылке, чтобы загрузить версию для печати.


 

Этот отклоняющий эффект известен сегодня как гравитационное линзирование. На фотографиях, сделанных с помощью космического телескопа «Хаббл», а также многих наземных инструментов, хорошо виден этот эффект: призрачные изображения отдаленных квазаров и галактик, парящие рядом с галактиками переднего плана. Вместо единственного изображения отдаленного квазара гравитационная линза формирует несколько его изображений. В зависимости от формы этой линзы (т.е. гравитационного воздействия на далекий свет) преломленное изображение может быть растянуто и искривлено всевозможными способами. А если галактика расположена идеально по прямой между квазаром и Землей, мы увидим симметричное кольцо квазаров.

 

С эстетической точки зрения наиболее совершенной гравитационной линзой является крест Эйнштейна, образованный галактикой PGC 69457 (или CGCG 378-15) и квазаром QSO 2237+0305 в Пегасе. PGC 69457 также известна под неофициальным названием Линза Хухры, поскольку ее открыл Джон Хухра, профессор космологии Гарвардского университета. По современным оценкам эта маленькая, во всем остальном непримечательная спиральная галактика располагается в 400 миллионах световых лет от нас. Квазар прячется далеко позади нее на немыслимом расстоянии в 8 миллиардов световых лет. Если бы не гравитационное линзирование, квазар оставался бы скрытым галактикой, поскольку для земного наблюдателя они находятся практически на одной линии. Но Линза Хухры разбивает древний свет квазара на четыре отдельных пути, скользящих по галактике подобно тому, как вода в ручье струится вокруг камня. В итоге получается не одно, а четыре призрачных изображения QSO 2237+0305, которые окружают ядро PGC 69457 практически идеальным ромбом.


 

 

Крест Эйнштейна находится южнее «головы» и «шеи» летучего коня (Пегаса) и к западу от Венца Рыб. Чтобы найти его, начните со звезды Бихам [теты (θ) Пегаса] и переместитесь на 5° юго-восточнее к треугольнику, образованному звездами 34, 35 и 37 Пегаса. Продлите линию от 35 до 37 Пегаса в пять раз дальше (2½°) на юго-восток, и она приведет вас к оранжевой звезде 8-й величины SAO 127671. Поместите ее в центр поля и найдите звезду 11-й величины в 6′ северо-восточнее. Эта звезда очень удобна для откладывания расстояния, поскольку Крест Эйнштейна находится еще на 6′ дальше к северо-востоку.

 

sketch.jpg.d97f85340dc477c30798fd0ffcc31

Выше: зарисовка Креста Эйнштейна через 18-дюймовый (46 см) рефлектор автора на увеличении 411×

 

Хотя Крест Эйнштейна имеет 15-ю звездную величину, я с трудом вижу его боковым зрением в 18-дюймовый рефлектор при наблюдении в пригороде, где предельная звездная величина для невооруженного глаза составляет 5,0. Но как я ни старался, даже на 411× в те редкие моменты, когда видимость на мгновение проявляла подобную щедрость, всё, что я мог заметить, это тусклый, почти звездоподобный объект, который вы можете видеть на картинке выше. У меня никогда не получалось отделить четыре изображения квазара от галактики; наоборот, все пять расплываются в один объект. Другие наблюдатели сообщают об успехе, увидев одну или две дольки при наблюдении через большие апертуры под безусловно превосходным небом. Абсолютно необходимы высокое увеличение и, следовательно, устойчивая видимость, поскольку угловой размер Креста всего 1,6 угловых секунды.

 

Обязательно поделитесь результатами на форуме этой колонки!

 

У вас есть свой интересный сложный объект? Я, как и другие читатели, буду рад узнать о нем, а также о том, что у вас получилось с испытанием этого месяца. Пишите сообщения в комментариях к статье или в обсуждении этой рубрики на форуме.

 

Помните, что половина удовольствия — это азарт охоты. Игра началась!

 

Источник: www.realsky.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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