Gravitacijska leća je distribucija materije (na primjer, skup galaksija) između udaljenog izvora svjetlosti, koji je sposoban savijati zračenje satelita, prolazeći prema promatraču i promatraču. Taj je efekt poznat kao gravitacijsko leće, a količina savijanja jedno je od predviđanja Alberta Einsteina u općoj relativnosti. Klasična fizika također govori o savijanju svjetlosti, ali to je samo polovica onoga o čemu govori opća relativnost.
Stvoritelj
Iako je Einstein napravio neobjavljene izračune na ovu temu 1912., Orest Chwolson (1924.) i František Link (1936.) općenito se smatraju prvima koji su artikulirali učinak gravitacijske leće. Međutim, još uvijek se češće povezuje s Einsteinom, koji je objavio rad 1936.
Potvrda teorije
Fritz Zwicky je 1937. godine sugerirao da bi ovaj efekt mogao omogućiti skupovima galaksija da djeluju kao gravitacijska leća. Tek 1979. godine ovaj fenomen je potvrđen promatranjem kvazara Twin QSO SBS 0957 + 561.
Opis
Za razliku od optičke leće, gravitacijska leća proizvodi maksimalno otklon svjetlosti koji prolazi najbliže svom središtu. I minimum onoga koji se dalje proteže. Stoga gravitacijska leća nema jednu žarišnu točku, ali ima liniju. Ovaj izraz u kontekstu skretanja svjetlosti prvi je upotrijebio O. J. Lodge. Napomenuo je da je "neprihvatljivo reći da gravitacijska leća Sunca djeluje na ovaj način, budući da zvijezda nema žarišnu duljinu."
Ako izvor, masivni objekt i promatrač leže u ravnoj liniji, izvorno svjetlo će se pojaviti kao prsten oko materije. Ako postoji bilo kakav pomak, umjesto toga može se vidjeti samo segment. Ovu gravitacijsku leću prvi je put spomenuo 1924. godine u Sankt Peterburgu fizičar Orest Khvolson, a kvantitativno ju je razradio Albert Einstein 1936. godine. Općenito se u literaturi nazivaju Albertovim prstenovima, jer se prvi nisu bavili protokom ili radijusom slike.
Najčešće, kada je masa leće složena (kao što je grupa galaksija ili jata) i ne uzrokuje sferno izobličenje prostor-vremena, izvor će nalikovatidjelomični lukovi rasuti oko leće. Promatrač tada može vidjeti više slika promijenjene veličine istog objekta. Njihov broj i oblik ovise o relativnom položaju, kao i o simulaciji gravitacijskih leća.
Tri razreda
1. Jaka leća.
Gdje su lako vidljiva izobličenja, kao što je formiranje Einsteinovih prstenova, lukova i više slika.
2. Slabo leće.
Gdje je promjena u pozadinskim izvorima mnogo manja i može se otkriti samo statističkom analizom velikog broja objekata kako bi se pronašlo samo nekoliko posto koherentnih podataka. Leća statistički pokazuje kako je poželjno rastezanje pozadinskih materijala okomito na smjer prema središtu. Mjerenjem oblika i orijentacije velikog broja udaljenih galaksija, njihove se lokacije mogu usrednjavati za mjerenje pomaka polja leće u bilo kojoj regiji. To se, pak, može koristiti za rekonstrukciju raspodjele mase: posebice se može rekonstruirati pozadinsko odvajanje tamne tvari. Budući da su galaksije inherentno eliptične, a signal slabe gravitacijske leće mali, u ovim studijama mora se koristiti vrlo velik broj galaksija. Podaci o slabim lećama moraju pažljivo izbjegavati niz važnih izvora pristranosti: unutarnji oblik, sklonost izobličavanju funkcije širenja točke kamere i sposobnost atmosferskog vida da promijeni slike.
Rezultati ovihstudije su važne za procjenu gravitacijskih leća u svemiru kako bi se bolje razumio i poboljšao Lambda-CDM model i osigurala provjera konzistentnosti drugih opažanja. Oni također mogu predstavljati važno buduće ograničenje tamne energije.
3. Mikrolensing.
Gdje se u obliku ne vidi izobličenje, ali se količina svjetlosti primljena od pozadinskog objekta mijenja tijekom vremena. Objekt leće mogu biti zvijezde u Mliječnoj stazi, a izvor pozadine su kuglice u udaljenoj galaksiji ili, u drugom slučaju, još udaljeniji kvazar. Učinak je mali, tako da bi čak i galaksija s masom većom od 100 milijardi puta većom od Sunčeve proizvela više slika razdvojenih za samo nekoliko lučnih sekundi. Galaktička jata mogu proizvesti odvajanje od minuta. U oba slučaja, izvori su prilično udaljeni, mnogo stotina megaparseka iz našeg svemira.
Vremenska kašnjenja
Gravitacijske leće jednako djeluju na sve vrste elektromagnetskog zračenja, ne samo na vidljivu svjetlost. Proučavaju se slabi učinci i za kozmičku mikrovalnu pozadinu i za galaktičke studije. Snažne leće također su uočene u radio i rendgenskom načinu rada. Ako takav objekt proizvodi više slika, između dva puta će postojati relativno vremensko kašnjenje. To jest, na jednom objektivu opis će se uočiti ranije nego na drugom.
Tri vrste predmeta
1. Zvijezde, ostaci, smeđi patuljci iplaneti.
Kada objekt u Mliječnom putu prođe između Zemlje i udaljene zvijezde, fokusirat će se i pojačati pozadinsko svjetlo. Nekoliko događaja ovog tipa opaženo je u Velikom Magelanovom oblaku, malom svemiru u blizini Mliječne staze.
2. Galaksije.
Masivni planeti također mogu djelovati kao gravitacijske leće. Svjetlost iz izvora iza svemira savijena je i fokusirana za stvaranje slika.
3. Jata galaksija.
Masivni objekt može stvoriti slike udaljenog objekta koji leži iza njega, obično u obliku rastegnutih lukova - sektora Einsteinovog prstena. Cluster gravitacijske leće omogućuju promatranje svjetiljki koja su predaleka ili preslaba da bi se mogla vidjeti. A budući da gledanje na velike udaljenosti znači gledanje u prošlost, čovječanstvo ima pristup informacijama o ranom svemiru.
Solarne gravitacijske leće
Albert Einstein je 1936. predvidio da će se zrake svjetlosti u istom smjeru kao i rubovi glavne zvijezde konvergirati u fokus na oko 542 AJ. Dakle, sonda koja je udaljena (ili više) od Sunca može je koristiti kao gravitacijsku leću za povećanje udaljenih objekata na suprotnoj strani. Mjesto sonde može se pomaknuti prema potrebi za odabir različitih ciljeva.
Drake Probe
Ova udaljenost je daleko iznad napretka i sposobnosti opreme za svemirske sonde kao što je Voyager 1, i izvan poznatih planeta, iako tisućljećimaSedna će se kretati dalje u svojoj visoko eliptičnoj orbiti. Visoko pojačanje za potencijalno otkrivanje signala kroz ovu leću, kao što su mikrovalovi na vodikovom vodu od 21 cm, naveli su Franka Drakea da nagađa u ranim danima SETI-ja da bi sonda mogla biti poslana tako daleko. Višenamjenski SETISAIL i kasnije FOCAL predložila je ESA 1993.
Ali očekivano, ovo je težak zadatak. Ako sonda prođe 542 AU, mogućnosti povećanja objektiva nastavit će raditi na većim udaljenostima, jer zrake koje dolaze u fokus na većim udaljenostima putuju dalje od izobličenja solarne korone. Kritiku ovog koncepta dao je Landis, koji je raspravljao o pitanjima kao što su smetnje, veliko povećanje cilja koje bi otežalo dizajniranje žarišne ravnine misije i analizu vlastite sferne aberacije leće.
