Gravitaciono sočivo: definicija, vrste, modeliranje

Gravitaciono sočivo je distribucija materije (na primjer, jata galaksija) između udaljenog izvora svjetlosti, koja je sposobna saviti sjaj sa satelita, prolazeći u smjeru posmatrača i posmatrača. Ovaj efekat je poznat kao gravitaciono sočivo, a količina savijanja je jedno od predviđanja Alberta Ajnštajna u opšta teorija relativnosti. Klasična fizika takođe govori o savijanju svetlosti, ali ovo je samo polovina šta piše OTO.

Izrada _cd-a

Iako je Ajnštajn napravio neobjavljene proračune po ovom pitanju 1912. godine, Orest Hvolson (1924) i Frantisek Link (1936), po pravilu, veruju da su oni prvi izrazili efekat gravitacionog sočiva. Međutim, i dalje se češće povezuje s Einsteinom, koji je objavio članak 1936. godine.

Potvrda teorije

Fritz Zwicky je 1937. godine predložio da bi ovaj efekat mogao omogućiti jata galaksija da djeluju kao gravitaciono sočivo. Tek 1979. godine ovaj fenomen je potvrđen posmatranjem kvazarskog blizanca QSO SBS 0957 + 561.

Opis

Za razliku od optičkog sočiva, gravitaciono sočivo proizvodi maksimalni otklon svjetlosti koji prolazi najbliže njegovom centru. I minimum onog koji se dalje širi. Shodno tome, gravitaciono sočivo nema jednu žarišnu tačku, već ima liniju. Ovaj izraz u kontekstu otklona svjetlosti prvi put je korišten oko.J. Lodge. On je to primetio "neprihvatljivo je reći da gravitaciono sočivo sunca djeluje na ovaj način, jer zvijezda nema žižnu daljinu".

Ako izvor, masivni objekt i posmatrač leže u pravoj liniji, izvorna svjetlost će izgledati kao prsten oko materije. Ako postoji bilo koji pomak, samo segment se može vidjeti umjesto. Ovo gravitaciono sočivo prvi put spominje 1924. godine u Sankt Peterburgu fizičar Orest Khvolson, a kvantificirao Albert Einstein 1936. godine. U pravilu se u literaturi naziva albertovim prstenima, budući da se prvi nisu bavili protokom ili radijusom slike.

Najčešće, kada je masa sočiva složena (na primjer, grupa galaksija ili jato) i ne uzrokuje sferno izobličenje prostor-vremena, izvor će ličiti na parcijalne lukove razbacane oko sočiva. Tada posmatrač može vidjeti nekoliko modificiranih slika istog objekta. Njihov broj i oblik zavise od relativnog položaja, kao i od modeliranja gravitacionih sočiva.

Tri razreda

1. Snažno sočivo.

Tamo gdje postoje lako vidljive distorzije, poput formiranja Ajnštajnovih prstenova, lukova i više slika.

2. Slabo sočivo.

Gdje je promjena pozadinskih izvora mnogo manja i može se otkriti samo statističkom analizom velikog broja objekata kako bi se pronašli koherentni podaci od samo nekoliko procenata. Objektiv statistički pokazuje kako je preferirano rastezanje pozadinskih materijala okomito na smjer centra. Prilikom mjerenja oblika i orijentacije velikog broja udaljenih galaksija, njihove lokacije se mogu prosječiti za mjerenje pomjeranja polja sočiva u bilo kojoj regiji. Ovo se, pak, može koristiti za rekonstrukciju raspodjele mase: posebno se može rekonstruirati pozadinsko razdvajanje tamne materije. Budući da su galaksije po prirodi eliptične, a slab signal gravitacionih sočiva mali, potrebno je koristiti vrlo veliki broj galaksija u ovim studijama. Podaci iz proučavanja slabih sočiva trebali bi pažljivo izbjegavati niz važnih izvora sistematske greške: unutrašnji oblik, sklonost funkcije rasipanja tačke kamere da iskrivi, kao i mogućnost atmosferskog vida za promjenu slika.

Rezultati ovih studija važni su za procjenu gravitacionih sočiva u svemiru, kako bi se bolje razumio i poboljšao Lambda-CDM model i provjerila konzistentnost drugih opažanja. Oni takođe mogu pružiti važno buduće ograničenje tamne energije.

3. Mikrolensing.

Tamo gdje nema vidljivog izobličenja u obliku, ali količina svjetlosti primljene sa pozadinskog objekta varira tokom vremena. Predmet sočiva mogu biti zvijezde Na mliječnom putu, a izvor pozadine su kugle u udaljenoj galaksiji ili, u drugom slučaju, još udaljeniji kvazar. Efekat je mali, pa će čak i galaksija čija masa prelazi masu sunca za 100 milijardi puta stvoriti nekoliko slika razdvojenih samo nekoliko lučnih sekundi. Galaktička jata se mogu rasporediti za nekoliko minuta. U oba slučaja izvori su prilično udaljeni, stotine megaparseka iz našeg univerzuma.

Vremenska kašnjenja

Gravitaciona sočiva deluju podjednako na sve vrste elektromagnetnog zračenja, a ne samo na vidljivu svetlost. Slabi efekti se proučavaju i za kosmičku mikrotalasnu pozadinu i za galaktičke studije. Jaka sočiva su takođe primećena u radio i rendgenskom režimu. Ako takav objekt stvara više slika, doći će do relativnog vremenskog kašnjenja između dvije putanje. Odnosno, opis će se posmatrati ranije na jednom objektivu nego na drugom.

Tri vrste objekata

od 1. Zvijezde, ostaci, smeđi patuljci i planete.

Kada objekat u Mlečnom putu prođe između Zemlje i udaljenog svetla, fokusiraće se i pojačati pozadinsko svetlo. Nekoliko događaja ovog tipa primijećeno je u Velikom Magelanovom oblaku, malom univerzumu u blizini Mliječne staze.

2. Galaksije.

Masivne planete takođe mogu delovati kao gravitaciona sočiva. Svjetlost iz izvora izvan univerzuma je savijena 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. Klaster gravitaciona sočiva vam omogućavaju da posmatrate svetiljke koje su predaleko ili preslabe da bi se mogle videti. A budući da gledanje na velike udaljenosti znači gledanje u prošlost, čovječanstvo dobiva pristup informacijama o ranom univerzumu.

Solar Gravity Lens

Albert Ajnštajn je to predvideo 1936. godine zrake svjetlosti u istom pravcu kao i ivice glavne zvezde konvergiraće se u fokus od oko 542-a.au. Dakle, sonda koja se nalazi na takvoj udaljenosti (ili više) od sunca, može je koristiti kao gravitaciono sočivo za povećanje udaljenih objekata na suprotnoj strani. Lokacija sonde se može pomjeriti kao potrebno za odaberite različite ciljeve.

Drake Probe

Ova udaljenost je daleko izvan napretka i mogućnosti opreme svemirskih sondi, kao što je Voyager 1, i izvan poznatih planeta, iako će se Sedna milenijumima kretati dalje po svojoj visoko eliptičnoj orbiti. Veliki dobitak za potencijalno otkrivanje signala kroz ovo sočivo, kao što su mikrotalasi na vodikovoj liniji od 21 centimetar, doveo je do prijedloga Franka Drakea u ranim danima SETI-ja da bi se sonda mogla poslati na ovu udaljenost. Višenamjenski SETISAIL, a zatim FOCAL, predložila je ESA 1993. godine.

Ali, očekivano, ovo je težak zadatak. Ako sonda prođe 542 a.e., mogućnosti uvećanja sočiva nastavit će raditi na većim udaljenostima, budući da zraci koji dolaze u fokus velikim dijelom prolaze dalje od izobličenja solarne korone. Kritiku ovog koncepta dao je Landis, koji je razgovarao o pitanjima kao što su smetnje, veliko uvećanje mete, što bi otežalo dizajniranje žarišne ravni misije, te analizu vlastite sferne aberacije sočiva.