Gravitációs lencse: meghatározás, típusok, modellezés

A gravitációs lencse az anyag eloszlása (például egy galaxishalmaz) egy távoli fényforrás között, amely képes a műhold sugárzásának hajlítására, a néző és a megfigyelő irányába haladva. Ezt a hatást gravitációs lencsének nevezik, és a hajlítás mennyisége Albert Einstein egyik jóslata általános elmélet a relativitáselmélet. A klasszikus fizika a fény hajlításáról is beszél, de ez csak a fele mit mond OTO.

Teremtő

Bár Einstein 1912-ben publikálatlan számításokat végzett ebben a kérdésben, Orest Hvolson (1924) és Frantisek Link (1936) általában úgy vélik, hogy ők voltak az elsők, akik hangot adtak a gravitációs lencse hatásának. Azonban még mindig gyakrabban kapcsolódik Einsteinhez, aki 1936-ban publikált egy cikket.

Az elmélet megerősítése

Fritz Zwicky 1937-ben azt javasolta, hogy ez a hatás lehetővé teheti a galaxishalmazok gravitációs lencseként való működését. Csak 1979 - ben ezt a jelenséget megerősítette a QSO SBS 0957 + 561 kvazár iker megfigyelése.

Leírás

Az optikai lencsétől eltérően a gravitációs lencse a középpontjához legközelebb eső fény maximális elhajlását eredményezi. És a minimum, ami tovább terjed. Következésképpen a gravitációs lencsének nincs egyetlen fókuszpontja, de van egy vonala. Ezt a kifejezést a fény elhajlásának összefüggésében először KB.J. Lodge. Megjegyezte, hogy "elfogadhatatlan azt mondani, hogy a nap gravitációs lencséje így működik, mivel a csillagnak nincs fókusztávolsága".

Ha a forrás, a hatalmas tárgy és a megfigyelő egyenes vonalban fekszik, a forrás fénye úgy fog kinézni, mint egy gyűrű az anyag körül. Ha van bármilyen eltolás, csak a szegmens látható helyette. Ezt a gravitációs lencsét először 1924-ben említette Szentpéterváron Orest Khvolson fizikus, majd Albert Einstein 1936-ban számszerűsítette. Általános szabály, hogy az irodalomban Albert gyűrűként említik, mivel az előbbi nem foglalkozott a kép áramlásával vagy sugarával.

Leggyakrabban, ha a lencse tömege összetett (például galaxisok csoportja vagy klaszter), és nem okoz gömb alakú téridő-torzulást, a forrás a lencse körül szétszórt részleges ívekre hasonlít. Ezután a megfigyelő ugyanazon objektum több módosított képét láthatja. Számuk és alakjuk a relatív pozíciótól, valamint a gravitációs lencsék modellezésétől függ.

Három osztály

1. Erős lencse.

Ahol könnyen látható torzulások vannak, például Einstein gyűrűk, ívek és több kép kialakulása.

2. Gyenge lencse.

Ahol a háttérforrások változása sokkal kisebb, és csak nagyszámú objektum statisztikai elemzésével lehet kimutatni, hogy csak néhány százalékos koherens adatokat találjanak. A lencse statisztikailag megmutatja, hogy a háttéranyagok előnyös nyújtása merőleges-e a középpont irányára. Nagyszámú távoli galaxis alakjának és tájolásának mérésekor a helyük átlagolható, hogy megmérjük a lencsemező eltolódását bármely régióban. Ez viszont felhasználható a tömegeloszlás rekonstruálására: különösen a sötét anyag háttér-elválasztása rekonstruálható. Mivel a galaxisok természetüknél fogva elliptikusak, és a gyenge gravitációs lencse jel kicsi, nagyon sok galaxist kell használni ezekben a vizsgálatokban. A gyenge lencsék vizsgálatából származó adatoknak gondosan el kell kerülniük a szisztematikus hibák számos fontos forrását: a belső alakot, a kamerapont-szórási funkció torzulási hajlamát, valamint a légköri látás lehetőségét a képek megváltoztatására.

E vizsgálatok eredményei fontosak az űrben lévő gravitációs lencsék értékeléséhez, a Lambda-CDM modell jobb megértéséhez és javításához, valamint más megfigyelések következetességének ellenőrzéséhez. A sötét energia fontos jövőbeli korlátozását is biztosíthatják.

3. Microlensing.

Ahol nincs látható torzítás az alakzatban, de a háttérobjektumtól kapott fény mennyisége idővel változik. A lencse tárgya lehet A Tejút csillagai, a háttérforrás pedig egy távoli galaxis golyói, vagy egy másik esetben egy még távolabbi kvazár. A hatás kicsi, így még egy olyan galaxis is, amelynek tömege meghaladja a nap tömegét 100 milliárdszor, több képet hoz létre, amelyeket csak néhány ív másodperc választ el egymástól. A Galaktikus klaszterek percek alatt eloszthatók. Mindkét esetben a források elég messze vannak, sok száz megaparszek az univerzumunkból.

Idő késések

A gravitációs lencsék egyformán hatnak az elektromágneses sugárzás minden típusára, nem csak a látható fényre. A gyenge hatásokat mind a kozmikus mikrohullámú háttér, mind a Galaktikus vizsgálatok szempontjából tanulmányozzák. Erős lencséket figyeltek meg rádió-és röntgen üzemmódban is. Ha egy ilyen objektum több képet hoz létre, akkor relatív késleltetés lesz a két út között. Vagyis a leírást az egyik lencsén korábban megfigyeljük, mint a másikon.

Három típusú objektumok

az 1. Csillagok, maradványok, barna törpék és bolygók.

Amikor egy objektum a Tejútrendszerben áthalad a Föld és egy távoli lámpatest között, fókuszálni és felerősíteni fogja a háttérfényt. Számos ilyen típusú eseményt figyeltek meg a Nagy Magellán felhőben, egy kis univerzumban a Tejút közelében.

2. Galaxisok.

A hatalmas bolygók gravitációs lencsékként is működhetnek. Az univerzumon túli forrásból származó fény hajlott és fókuszált, hogy képeket hozzon létre.

3. Galaxis klaszterek.

Egy hatalmas tárgy képeket hozhat létre egy mögötte fekvő távoli tárgyról, általában feszített ívek formájában-az Einstein-gyűrű szektorai. A klaszter gravitációs lencsék lehetővé teszik a túl messze vagy túl gyenge világítótestek megfigyelését. Mivel a nagy távolságok megnézése azt jelenti, hogy a múltba nézünk, az emberiség hozzáférést kap a korai univerzumról szóló információkhoz.

Solar Gravitációs Lencse

Albert Einstein 1936-ban azt jósolta, hogy a fénysugarak ugyanabban az irányban, mint a fő csillag szélei, körülbelül 542 fókuszba konvergálnak.au. Így egy olyan szonda, amely a naptól ilyen (vagy annál nagyobb) távolságra helyezkedik el, gravitációs lencseként használhatja az ellenkező oldalon lévő távoli tárgyak nagyítására. A szonda helyét a következőképpen lehet eltolni szükséges válasszon különböző célokat.

Drake Probe

Ez a távolság messze meghaladja az űrszondák, például a Voyager-1 berendezéseinek fejlődését és képességeit, és az ismert bolygókon túl, bár évezredek óta a Sedna tovább fog haladni erősen elliptikus pályáján. Az ezen a lencsén keresztüli jelek potenciális észlelésének nagy nyeresége, például a mikrohullámok egy 21 centiméteres hidrogénvezetéken, Frank Drake javaslatához vezetett a SETI korai napjaiban, hogy egy szondát el lehet küldeni erre a távolságra. A többcélú SETISAIL-t, majd a FOCAL-t az ESA javasolta 1993-ban.

De ahogy az várható volt, ez nehéz feladat. Ha a szonda áthalad 542 a.e., a lencse nagyítási képességei továbbra is nagyobb távolságokon fognak működni, mivel a nagy fókuszba kerülő sugarak távolabb kerülnek a napkorona torzulásaitól. Ennek a koncepciónak a kritikáját Landis adta, aki olyan kérdéseket tárgyalt, mint az interferencia, a cél nagy nagyítása, ami megnehezítené a misszió fókuszsíkjának megtervezését, valamint a lencse saját gömb alakú aberrációjának elemzését.