Гравитационное линзирование – все о космосе

Гравитационное линзирование

Гравитационное линзирование квазара HE 1104-1805

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

Общие сведения

Линзирование в скоплении галактик Abell 2218

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.

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

Существуют также данные, свидетельствующие о том, что искажать свет могут не только звезды и галактики, но и малые астрономические тела, например, планеты. 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. О том, как происходит механизм линзирования мы поговорим в следующем пункте.

Механизм линзирования

Схема гравитационного линзированния

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.

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

Вследствие 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. Точно 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 отдаленному источнику света, может отличаться, в зависимости от того, через какой объект в космическом пространстве проходят его лучи. Известные примеры искажения формы источника света мы приведем в следующем пункте.

Кольцо и Крест Эйнштейна

Кольцо Эйнштейна

Современному научному сообществу известно два возможных результата гравитационного линзирования: 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.

Крест 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

Скопление SDSS J1038+4849

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.

Сливающиеся галактики в удаленной части Вселенной: вид через гравитационную линзу

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.

by HyperComments

Источник: http://SpaceGid.com/gravitatsionnoe-linzirovanie.html

О вселенной и космосе

Уважаемый читатель! На данном сайте сможете найти информацию о Вселенной. Представлена информация о всех его маленьких и необъятных просторах.

Информация на данном сайте носит информационный характер. Копирование материалов разрешено с размещением прямой активной ссылки на материал.

Всё во Вселенной взаимосвязано. И сам человек неразрывно связан со Вселенной. Несомненно, эта теория полностью меняет взгляд человека на мир и заставляет пересмотреть полностью все свои убеждения.

На самом деле, если углубиться в изучение этого вопроса, нам могут открыться такие тайны, о которых человеческий разум и помышлять не мог до этого. Нам откроются невероятные способности нашего организма и знания, которые поменяют весь наш жизненный уклад. 

Взаимосвязь между человеком и Вселенной очевидна. По крайней мере, физически мы постоянно взаимодействуем с ней и даже отвечаем на её проявления. Правда, пока что неосознанно. Мы постоянно совершаем какие-то действия, чувствуем, видим и слышим. На нас действуют силы, которые по своей природе являются проявлениями Вселенной. Это воздействие света, тепла или даже притяжения.

К тому же глупо себя привязывать только к земному существованию. Жизнь человека не может ограничиваться только прошлым и настоящим. Есть ещё и дальнейший путь, будущее. Всегда есть что-то за гранью.

Но очень важным является само понимание этой связи и того, каким способом она осуществляется.

Если же вам нужны доказательства вашего единения со Вселенной, вспомните те моменты, когда, совершив какой-либо поступок, неважно, хороший или плохой, вы получали реакцию на него. Необязательно в тот самый момент.

Вселенная общается с нами на языке «что вы несёте в этот мир, то он вам и отдаёт». 

Если вы открыты миру, несёте позитивные мысли, чувства, то увидите ответную реакцию в виде внимания и заботы.

Если же вы постоянно ко всему относитесь с негативом, злостью и недоверием, то и ответом вам будут страх и тревога.

Получается, что мы сами создаём для себя мир, влияем на то, что получаем с его стороны. В этом и состоит один из самых важных законов Вселенной.

Отсюда и вывод, и одновременно своеобразное незамысловатое нравоучение: нужно стараться излучать доброту, и Вселенная раскроет перед вами свои тайны. Если человек излучает свет и совершает добрые поступки с искренностью и теплотой, то и мир ему ответит такой же реакцией.

Если же ваше отношение будет полностью противоположным, вы будете излучать ненависть и недоверие, готовьтесь тогда к отношению, идентичному вашему.

И ведь действительно, удивительно, как же на самом деле происходит весь этот процесс взаимодействия. Попробуйте хотя бы понаблюдать за тем, что вы совершаете, и каким образом это возвращается к вам.

Если мы предаём, то к нам вернётся предательство в двукратном размере. В ответ на злодеяние всегда будет такой же ответ, вы испытаете страдания и боль на себе.

Причём в большинстве случаев подобные проявления со Вселенной мы никогда не связываем, думая, что это совпадение и стечение обстоятельств. Через окружающих людей Вселенная всегда отплачивает нам за наши поступки.

Таким образом, каждое наше проявление отражается на нашем будущем.

Но как же быть, если вы совершили зло непреднамеренно?

Мы хозяева своих мыслей и тела. Если в нас нет чёрных и злых мыслей, тогда и непреднамеренного зла не свершится. Нужно учиться мысленно избавляться от агрессии.

Многие люди отрицают тот факт, что энергия и чувства, которые мы излучаем, к нам возвращаются. Получается, они отказываются от утверждения, что мы сами кузнецы своего счастья.

Именно поэтому большинство людей винят в своих неудачах не себя, а окружающих, таким образом, перекладывая ответственность за свои прежние поступки на кого-то ещё. А ведь это и есть проявление негатива, которое они запускают в мир, пусть даже и мысленно.

Люди, которые подозрительно относятся к другим без всякого уважения, придираются к любому поступку и вечно всем недовольны, в ответ ничего хорошего не получат.

Вдобавок ко всему, естественной реакцией людей на такое отношение будет невнимание, злость и обида. А вся проблема в том, что люди сами наделяют друг друга таким отношением к себе и этого даже не осознают.

Исправить эту ситуацию можно без всяких трудностей. Нужно, чтобы человек понял, что он является хозяином и творцом своего будущего. «Что посеешь — то и пожнёшь», гласит известная пословица. Так почему бы сейчас не прислушаться к древним людям, которые к этому пришли, и не начать строить своё счастливое будущее без капли зла.

Существует такое понятие, как эффект бумеранга. Всем известно действие этой вещицы. Эмоции, чувства, которые вы отдаёте людям, к вам вернутся в достатке. 

Читайте также:  Суперлуние - все о космосе

Человек, который настроен на плохое, получает то, что он мысленно материализует. Нужно лишь перестроить своё мышление, прекратить думать так, как мы привыкли, и попробовать нечто новое. Нужно лишь открыться и довериться Вселенной. Тогда она примет вас и покажет, какой яркой и позитивной может быть жизнь.

Попробуйте хотя бы на неделю исключать всё плохое, о чём вы раньше думали, чего боялись. Отбросьте свои страхи. Дарите положительные эмоции, делайте маленькие подарки. Вы увидите и почувствуете, как изменилось отношение мира к вам. 

Каждое утро здоровайтесь с солнцем и радуйтесь любой мелочи. И вы почувствуете себя сгустком счастья и солнечной энергии.

Источник: http://hikosmos.ru/samaya-dalyokaya-zvezda

Вселенная не в фокусе

Сегодня мы расскажем вам о слабом гравитационном линзировании. Поводом для этого послужила обзорная статья профессора Маттиаса Бартельманна из университета теоретической физики Гейдельберга, которую он написал специально для образовательного проекта Scholarpedia.

Сначала немного истории: идея о том, что массивные тела способны отклонять свет, восходит к Исааку Ньютону. В 1704 году он писал в своей книге «Оптика»: «…

не оказывают ли влияния тела на свет на расстоянии и этим влиянием отклоняя его лучи; и не тем ли сильнее это влияние, чем меньше расстояние [между телом и лучом света]?» Долгое время сама постановка такого вопроса была противоречивой, потому что ньютоновская физика работает только с телами, обладающими массой, а дебаты по поводу природы света, свойств и наличия массы у его частиц шли еще добрых два столетия.

Тем не менее, в 1804 году немецкий астроном Иоганн фон Зольднер, предположив наличие массы у еще не открытых к тому времени фотонов, смог рассчитать угол, на который отклонится свет от далекого источника, если он «чиркнет» по поверхности Солнца и долетит до Земли — луч должен был отклоняться на 0,83 угловой секунды (это примерно размеры копеечной монеты с расстояния 4 километров).

Следующий большой шаг в изучении взаимодействия света и гравитации сделал Альберт Эйнштейн. Его работы по общей теории относительности заменили классическую теорию тяготения Ньютона, где присутствуют силы, на геометрическую.

В этом случае масса фотонов уже не важна — свет будет отклоняться просто потому, что само пространство вблизи массивного предмета искривлено. Еще не окончив работы по ОТО, Эйнштейн рассчитал угол отклонения луча света, проходящего вблизи Солнца и получил…

в точности те же 0,83 угловой секунды, что и фон Зольднер за сто лет до него.

Лишь пятью годами позже, завершив работы над ОТО, Эйнштейн понял, что нужно учитывать не только пространственную, но и временную компоненту кривизны нашего четырехмерного пространства-времени. Это удвоило расчетный угол отклонения.

Давайте попробуем получить этот же угол. Проходя мимо массивного тела, луч света отклоняется, потому что двигается прямо, но в искривленном пространстве. С точки зрения Эйнштейна, пространство и время равноправны, значит, меняется и время, за которое свет дойдет до нас. Следовательно, меняется скорость света.

Скорость света, проходящего в поле тяготения линзы, будет зависеть от гравитационного потенциала линзы и будет меньше скорости света в вакууме

Это не нарушает никаких законов — скорость света действительно может меняться, если свет идет сквозь какое-то вещество. То есть, по Эйнштейну, отклонение света массивным предметом равносильно его прохождению сквозь некую прозрачную среду. Погодите, это же напоминает коэффициент преломления линзы, который мы все изучали в школе!

Отношение двух скоростей света — это и есть знакомый нам со школы коэффициент преломления

Теперь, зная скорость света в линзе, можно получить что-то, что можно измерить на практике, — например, угол отклонения.

Для этого нужно применить один из фундаментальных постулатов природы — принцип Ферма, согласно которому луч света двигается так, чтобы минимизировать оптическую длину пути.

Записав его на языке математики, мы получим интеграл:

Угол отклонения будет равен интегралу от градиента гравитационного потенциала

Решать его не надо (да это и очень трудно), главное тут — увидеть двойку перед знаком интеграла. Это та самая двойка, которая появилась у Эйнштейна при учете пространственной и временной компонент и которая увеличила угол отклонения в два раза.

Чтобы взять интеграл, применяют аппроксимацию (то есть упрощенное и приближенное вычисление). Для данного конкретного случая удобнее использовать приближение Борна, которое пришло из квантовой механики и было хорошо известно Эйнштейну:

Та самая аппроксимация Борна для упрощенного вычисления угла отклоненияПодставляя известные для Солнца значения в формулу выше и переводя радианы в угловые секунды, полчаем искомый ответ

Знаменитая экспедиция под руководством Эддингтона наблюдала за солнечным затмением 1919 года в Африке, и звезды, которые во время затмения были рядом с солнечным диском, отклонились на угол от 0,9 до 1,8 угловой секунды. Это было первое экспериментальное подтверждение общей теории относительности.

Тем не менее ни сам Эйнштейн, ни его коллеги не задумывались о практическом использовании этого факта. Действительно — Солнце слишком яркое, а отклонения заметны только у звезд вблизи его диска. Значит, наблюдать эффект можно только во время затмений, да и никаких новых данных ни про Солнце, ни про другие звезды это астрономам не дает.

В 1936 году чешский инженер Руди Мандль посетил ученого в Принстоне и попросил его рассчитать угол отклонения звезды, свет от которой пройдет рядом с другой звездой (то есть любой звездой кроме Солнца). Эйнштейн сделал необходимые расчеты и даже опубликовал статью, но в ней заметил, что считает эти эффекты пренебрежимо малыми и не поддающимися наблюдению.

Однако за идею ухватился астроном Фриц Цвикки, который к этому времени плотно занимался изучением галактик (то, что помимо Млечного Пути существуют другие галактики, стало известно за восемь лет до этого). Он первым понял, что в качестве линзы может выступать не только звезда, но и целая галактика и даже их скопление.

Подобная гигантская масса (миллиарды и триллионы масс Солнца) отклоняют свет достаточно сильно, чтобы это можно было зарегистрировать, и в 1979 году, к сожалению, через пять лет после смерти Цвикки, была обнаружена первая гравитационная линза — массивная галактика, которая отклонила свет далекого квазара, проходящий сквозь нее.

Сейчас же линзы, вопреки прогнозам Эйнштейна используют совсем не для проверки ОТО, а для огромного числа исследований самых крупных объектов Вселенной.

Различают сильное, слабое и микролинзирование. Отличие между ними заключается в расположении источника, наблюдателя и линзы, а также в массе и форме линзы.

Сильное гравитационное линзирование характерно для систем, где источник света находится близко к массивной и компактной линзе. В результате свет, расходящийся от источника по разные стороны от линзы, огибает ее, искривляется и доходит до нас в виде нескольких изображений одного и того же предмета.

Если источник, линза и наблюдатель (то есть мы) находятся на одной оптической оси, то можно увидеть несколько изображений одновременно. Крест Эйнштейна — это классический пример сильного гравитационного линзирования. В более общем случае линза сильно искажает форму объекта, делая его похожим на арку.

Пример сильного линзирования далекой галактики (белый обьект) массивной более близкой к нам галактикой (бирюзовый объект) Wikimedia Commons

Слабое гравитационное линзирование, о котором и пойдет в основном рассказ в нашем материале, не способно сформировать ни четкого изображения, ни даже яркой красивой арки — для этого линза слишком слаба.

Однако изображение все равно деформируется, и это дает ученым в руки очень сильный инструмент: известных нам примеров сильного линзирования немного, а вот слабого, для которого достаточно, чтобы две крупные галактики или два скопления оказались на угловом расстоянии около одной секунды дуги, вполне хватает для статистического изучения галактик, скоплений, темной материи, реликтового излучения и всей истории Вселенной от Большого взрыва.

И, наконец, гравитационное микролинзирование — это временное увеличение яркости источника линзой, которая оказалась на оптической оси между ним и нами.

Обычно эта линза недостаточно массивна, чтобы сформировать четкое изображение или даже арку. Однако она все равно фокусирует часть света, который иначе бы до нас не дошел, и это делает далекий объект ярче.

Этот метод используют для поиска (а точнее говорить — случайного обнаружения) экзопланет.

Напомним, что в этом обзоре мы, следуя за статьей профессора Бартельманна, ограничимся обсуждением именного слабого линзирования. Очень важно, что слабое линзирование, в отличие от сильного, не может создавать ни арок, ни множественных изображений одного и того же источника. Не может даже сколько-нибудь значительно увеличивать яркость.

Все, на что оно способно — немного изменить форму далекой галактики.

На первый взгляд, это кажется мелочью — мало ли в космосе эффектов, которые искажают объекты? Пыль поглощает свет, расширение Вселенной сдвигает все длины волн, свет, доходя до Земли, рассеивается в атмосфере, а потом еще проходит сквозь неидеальную оптику телескопов — где уж тут заметить, что галактика стала чуть более вытянутой (учитывая, что мы и не знали, какой она была изначально)? Однако тут на помощь приходит статистика — если на небольшом участке неба у галактик есть предпочтительное направление вытянутости — значит, возможно, мы их видим через слабую линзу. Несмотря на то, что современные телескопы могут видеть порядка 40 галактик в квадрате со сторонами в одну угловую минуту (это размеры МКС, как мы ее видим с Земли), искажение, вносимое линзированием в форму галактики, настолько незначительно (не превышает нескольких процентов), что нам нужны очень большие и очень мощные телескопы. Такие, например, как четыре восьмиметровых телескопа комплекса VLT в Чили, или 3,6-метровый телескоп CFHT, расположенный на Гавайях. Это не просто очень большие телескопы — они к тому же могут получать изображение большого участка неба одним снимком, вплоть до одного квадратного градуса (в отличие, например, от очень мощного телескопа Хаббла, один кадр которого покрывает квадрат со стороной всего 2,5 угловой минуты). К настоящему времени опубликовано уже несколько обзоров площадью чуть более 10 процентов неба, которые дали достаточно данных для поиска слабо линзированных галактик.

Читайте также:  Загадочные черные дыры - все о космосе

Карта распределения материи, реконструированная после расчетов эффектов слабого гравилинзирования; белыми точками обозначены галактики или скопления галактик Matthias Bartelmann et al.

2016
Надо сказать, что у метода поиска гравитационных линз по ориентации галактик есть несколько допущений.

Например, что галактики во Вселенной ориентированы произвольно, а это не обязательно так — с 1970-х годов астрофизики рассуждают о том, должны ли скопления иметь какую-то упорядоченную ориентацию или нет.

Последние исследования показывают, что скорее всего нет — даже в ближайших и наиболее массивных скоплениях галактики ориентированы случайным образом, но окончательно этот вопрос не закрыт.

Однако, иногда физика бывает и на стороне ученых — гравитационные линзы ахроматичны, то есть, в отличие от линз обыкновенных, они отклоняют свет всех цветов совершенно одинаково и нам не приходится гадать: галактика выглядит красной, потому что она на самом деле красная, или просто потому, что все остальные цвета пролетели мимо нашей планеты?Иллюстрация эффектов слабого гравитационного линзирования. Слева показаны наиболее заметные последствия – появление вытянутости. В центре и справа – влияние параметров второго и третьего порядков – смещение центра источника и треугольная деформация Matthias Bartelmann et al.

2016
А есть ли какое-нибудь практическое применение у этого сложного метода? Есть, и не одно — слабое гравитационное линзирование помогает нам в изучении распределения темной материи, а также крупномасштабной структуры Вселенной. Вытянутость галактик вдоль какой-то оси может достаточно точно предсказать массу линзы и ее концентрацию в пространстве. Сравнивая получившуюся теоретическую массу с массой видимых галактик, которую мы умеем достоверно определять по данным оптических и инфракрасных телескопов, можно измерить массу темной материи и ее распределение в той галактике или скоплении галактик, которое выступает в качестве линзы. Нам, например, уже известно, что гало (то есть облако) темной материи вокруг отдельных галактик почему-то более плоское, чем мы думали раньше. Еще одним применением линзирования может стать открытие новых скоплений галактик — до сих пор идут дебаты, может ли у нескольких галактик быть одно гало темной материи на всех, но похоже, что в некоторых случаях это действительно так. И тогда это гало будет служить линзой и укажет на то, что эти галактики не просто находятся рядом друг с другом, а входят в скопление, то есть гравитационно-связанную систему, в которой движение каждой из них определяется влиянием всех участников скопления.

Галактики — это очень хорошо, но можно ли заглянуть с помощью гравитационного линзирования еще дальше — в прошлое, когда галактик и звезд еще не было? Оказывается, можно. Реликтовое излучение — электромагнитное излучение, появившееся во Вселенной всего через 400 000 лет после Большого Взрыва — присутствует в каждом кубическом сантиметре пространства последние 13,6 миллиарда лет. Все это время оно распространяется в разные стороны и несет в себе «отпечаток» ранней Вселенной. Одним из ключевых направлений астрофизики последних десятилетий было изучение реликтового излучения с целью найти в нем неоднородности, которые могли бы объяснить, как из такой симметричной и анизотропной (в теории) изначальной Вселенной могла появиться такая неоднородная и неупорядоченная структура, где в одном месте скопление тысяч галактик, а в другом — пустота на многие кубические мегапарсеки.

Спутники РЕЛИКТ-1, COBE, WMAP, Planck со все большей точностью измеряли однородность реликтового излучения. Сейчас мы видим его настолько подробно, что становится важным «очищать» его от различных шумов, вносимых источниками, не связанными с изначальным распределением вещества во Вселенной — например, из-за эффекта Сюняева-Зельдовича или того самого слабого гравитационного линзирования.

Это тот случай, когда его регистрируют, чтобы потом максимально точно удалить из снимков реликтового излучения и продолжать считать — укладывается ли его распределение на небе в стандартную космологическую модель.

Кроме того, даже самые точные снимки реликтового излучения не могут рассказать нам всего о Вселенной — это похоже на задачу, где у нас всего одно уравнение, в котором несколько неизвестных (например, плотность барионной материи и спектральная плотность темной материи).

Слабое гравитационное линзирование, пускай оно и не дает сейчас таких точных результатов (а иногда и вообще плохо согласуется с данными прочих исследований — см. картинку ниже), но это то самое второе независимое уравнение, которое поможет определить вклад каждого неизвестного в общую формулу Вселенной.

Сравнение космологических параметров, полученных в различных экспериментах: нормализовочного параметра сигма-8 на левом графике и плотности барионного вещества на правом графике.

Синим и оранжевым показаны результаты наиболее точных измерений на сегодняшний день: космических обсерваторий Планк и WMAP. Зеленым и серым показаны параметры, определенные методами слабого гравилинзирования. Хорошо видно, что точности им еще заметно не хватает.

Matthias Bartelmann et al.

2016

Подобные космологические исследования чрезвычайно сложны — если попытаться снова применить аналогию с линзой, то представьте, что вы смотрите на предмет сквозь очень толстую линзу, в которой местами вместо стекла вставлены алмазы или просто вода с совершенно другими коэффициентами преломления. А еще эта линза растягивается во времени.

Крупномасштабная структура Вселенной — результат симуляции MareNostrum. Красным цветом обозначена темная материя, зеленым — газ, синим — излучение (температура).

Каждый узел здесь — это скопление сотен галактик MareNostrum Simulation project

Как замечают авторы статьи, измерение искажения галактик, вносимое слабым гравитационным линзированием, и получение на его основе информации об истории всей Вселенной сродни настоящему искусству и удивительно наблюдать за быстрым развитием этой области астрофизики.

Марат Мусин

Источник: https://nplus1.ru/material/2017/03/13/weakgravlensing

Астрономы использовали гравитационное линзирование для измерения свойств ранней Вселенной

Хотя Вселенная началась с Большого Взрыва, она быстро превратилась в относительно прохладное, темное место. После нескольких сотен тысяч лет свет вернулся во Вселенную, и ученые до сих пор пытаются выяснить, почему.

Астрономы знают, что реионизация создала Вселенную прозрачной, позволяя свету далеких галактик путешествовать через космос почти свободно.

Тем не менее, астрономы не до конца понимают скорость побега ионизирующих фотонов из ранних галактик.

Этот показатель выхода является решающим, но все еще слабо определенным, то есть в разработанных моделях существует широкий диапазон его верхних и нижних пределов.

Это связано с тем, что астрономы были ограничены косвенными методами наблюдения ионизирующего излучения, то есть они видят только несколько пикселей объекта, а затем делают предположения о его невидимых аспектах. Непосредственное наблюдение такой галактики с помощью телескопа, обеспечило бы гораздо более точную оценку скорости убегания фотонов.

Группа исследователей под руководством Университета Калифорнии в Риверсайде (США) использовала метод прямого наблюдения и обнаружила, что ранее рассчитанные пределы завышены в пять раз. Статья представлена в журнале в Astrophysical Journal.

В значительной степени трудно понять свойства ранней Вселенной, поскольку прошло более 12 миллиардов лет. Известно, что спустя 380 тысяч лет после Большого Взрыва электроны и протоны впервые соединились друг с другом и образовали атомы водорода. До сих пор они составляют более 90% атомов во Вселенной, очень эффективно поглощают фотоны высокой энергии и ионизируются.

Тем не менее, для ионизации этих атомов в ранней Вселенной было очень мало источников. Спустя один миллиард лет после Большого Взрыва межгалактический материал реионизировался и стал прозрачным. Широко распространено мнение, что основным источником энергии реионизации стали массивные звезды, сформированные в ранних галактиках.

Они имели короткий срок жизни и, как правило, рождались из плотных облаков газа, что мешало ионизирующему излучению покинуть пределы галактики.

Предыдущие исследования показали, что около 20% ионизирующих фотонов должны были покинуть плотную газовую среду своих галактик, чтобы внести существенный вклад в реионизацию межгалактического материала.

К сожалению, прямое обнаружение этих ионизирующих фотонов является весьма сложной задачей, и предыдущие попытки были не очень успешными. Таким образом, механизмы, приводящие к их побегу, плохо изучены.

Многие астрофизики были вынуждены использовать косвенные методы для оценки доли ионизирующих фотонов, которые ускользали из галактик.

Наиболее популярный метод предполагает, что газ распределен неоднородно. Пространство внутри галактик состоит одновременно из регионов с малым количеством газа, прозрачных для ионизирующего света, а также непрозрачных областей плотного газа.

Исследователи могут определить долю каждой из этих областей, изучая спектры излучений, испускаемых галактиками.

В этом новом исследовании, астрономы непосредственно измерили долю ионизирующих фотонов, вылетающих из «космической подковы», далекой гравитационно линзируемой галактики.

Гравитационное линзирование является деформацией и усилением фонового объекта за счет искривления пространства массивной галактикой переднего плана.

Детали фоновой галактики, таким образом, увеличиваются, что позволяет исследователям более четко изучить ее физические свойства.

Космическая подкова. Credit: ESA/Hubble & NASA

Ранее модели предполагали, что доля покидающих «подкову» ионизирующих фотонов должна составлять 40%. Поэтому «космическая подкова» представляет собой идеальную возможность впервые получить ясную картину утечки ионизирующих фотонов, чтобы помочь понять механизмы, с помощью которых они покидают галактику.

Исследовательская группа получила глубокое изображение «подковы» с помощью ультрафиолетового фильтра космического телескопа «Hubble», что позволяет непосредственно обнаруживать вылетающие ионизирующие фотоны. Удивительно, но изображение не обнаружило предсказанную долю фотонов, ограничив долю побега до 8%, то есть в пять раз меньше, чем то, что было выведено с помощью косвенных методов.

«В исследовании делается вывод о том, что ранее определенная доля ионизирующего излучения по оценкам самых популярных косвенных методов завышена для многих галактик.

Теперь мы сосредоточились на прямом определении доли покидающих галактики ионизирующих фотонов, которые не зависят от косвенных оценок», – сказал Брайан Сиана, соавтор научно-исследовательской работы и доцент Университета Калифорнии в Риверсайде.

Источник: https://in-space.ru/astronomy-ispolzovali-gravitatsionnoe-linzirovanie-dlya-izmereniya-svojstv-rannej-vselennoj/

Гравитационное линзирование

Гравитационное линзирование — отклонение электромагнитного излучения далекого объекта под действием гравитации другого массивного объекта. Например, это искажение света далекой галактики чёрной дырой или скоплением галактик, подобно обычной линзе.

Читайте также:  Миранда — самый интересный спутник урана - все о космосе

В зависимости от местонахождения человека относительно массивного тела, которое находится перед фоновым объектом и самим объектом, он может увидеть всевозможные искаженные изображения: кольца (как на фото ниже), арки или множество изображений одного и того же объекта.

В некоторых случаях через линзу объекты отображаются ярче, чем они есть на самом деле. А происходит это потому, что расходящийся от фонового объекта свет фокусируется объектом-линзой и попадает в прямую зону нашей видимости. Так гравитационные линзы иногда позволяют нам увидеть объекты, не обладающие ярким свечением, которые мы никогда бы не заметили.

На изображении ниже представлено гравитационное линзирование далеких фоновых галактик, расположенных за крупным скоплением галактик Абель 2218. Сами фоновые галактики располагается в 2 млрд световых лет от нашей планеты.

На фото ниже изображен еще один пример гравитационного линзирования, снятый при помощи телескопа «Hubble». Здесь мы видим несколько изображений квазара и еще одной фоновой галактики, сформированных благодаря расположенному перед ними скоплению галактик.

Каждое изображение одного и того же объекта выглядит немного по-разному, т.к.

свет от каждого фрагмента фонового объекта проходит свой, немного отличающийся от других, путь по искривленному пространству.

Астрономы определяют, принадлежат ли многочисленные изображения одному и тому же объекту, по спектру электромагнитного излучения, который, подобно отпечаткам пальцев, у каждого объекта свой.

Гравитационное линзирование на службе у науки

Гравитационное линзирование не только позволяет нам делать красивые фотографии далеких галактик. Зная расстояние до объекта-линзы и до фонового объекта, а также рассчитав степень отклонения изображения, астрономы могут высчитать массу фонового объекта. И это не может не поражать воображение.

Теперь нам под силу рассчитать, какова масса скопления галактик, расположенного в миллиардах световых лет от нашей планеты, при помощи телескопа и набора математических формул.
Рассчитав таким образом массу нескольких скоплений галактик ученые сделали неожиданное открытие.

Массы этих скоплений значительно больше, чем это предполагалось ранее, когда в расчет брался лишь свет, исходящий от скопления. В этих галактиках просто нет стольких звезд, чтобы обеспечить такую колоссальную массу. Вывод? Большая часть массы этих скоплений приходится на темную материю, которая не излучает свет.

Так теория дедушки Эйнштейна по-прежнему помогает человечеству делать все новые и новые открытия.

Немного истории

В 1919 году знаменитый английский физик Артур Эддингтон снарядил экспедицию на остров Принсипи, расположенный рядом с западным побережьем Африки. В чем заключалась его миссия? Эддингтон хотел проверить удивительное предположение Альберта Эйнштейна, считавшего, что массивные тела искривляют пространство вокруг себя.

В мае 1919 года на острове Принсипи произошло солнечное затмение, которое позволило Эддингтону сфотографировать звезды, располагающиеся на небе неподалеку от Солнца, и рассчитать их местоположение. Согласно выдвинутой Эйнштейном теории, полученные координаты звезд должны были в некоторой степени отличаться от фактического положения этих небесных тел в космическом пространстве.

Через год, после тщательных расчетов Эддингтон наконец объявил, что положение звезд действительно отличается, причем, ровно настолько, насколько это предсказывал его коллега. Новость быстро облетела весь мир, и Альберт Эйнштейн стал самым известным физиком на свете.

Эйнштейн продолжил работу над своей теорией и в 1936 году заявил, что свет от фонового объекта проходит по искривленной дуге, огибая массивное тело, расположенное перед ним, и формирует изображения этого самого фонового объекта, подобно тому, как свет преломляется, проходя через линзу. Эффект получил название «гравитационное линзирование».

Однако впервые засечь этот эффект, увидев множество изображений одного квазара (активного ядра молодой галактики), сформированных благодаря расположенной впереди массивной галактике, астрономам удалось лишь в 1979 году.

Ещё по теме:

by HyperComments

Источник: http://light-science.ru/fizika/gravitatsionnoe-linzirovanie.html

О «гравитационном линзировании»

Релятивисты подсовывают как доказательства ОТО такие теоретические подлоги как: смещение орбиты Меркурия, существование «чёрных дыр» , «гравитационное линзирование» и «гравитационное красное смещение».

Наиболее часто следствием «гравитационного линзирования» они объявляют колечки, наблюдаемые вокруг некоторых далёких ярких галактик и квазаров. Реально это колечки дисперсии рентгеновского излучения в скоплениях вещества. Рентгеновское излучение доходит до нас уже в видимом диапазоне (из-за красного смещения), поэтому колечки такие маленькие.

Реально гравитация никак не влияет на фотоны, «гравитационное красное смещение» в галактиках это обычное комптоновское рассеяние фотонов на газопылевой составляющей галактики. Чем больше в галактике газа и пыли, тем больше это рассеяние.

Но при комптоновском рассеянии фотоны изменяют пути своего движения и теряют информация об объектах галактики излучивших их, то есть наблюдатель фиксирует только суммарное излучение газопылевой составляющей галактики, а не излучение отдельных её объектов.

Такое «красное смещение», точнее, комптоновское энтропирование фотонов, резко отличается от системного красного смещения в спектрах отдаленных объектов пространства, при котором фотоны, никак не изменяя информацию о положении излучивших их объектов, тем не менее, по пути своего движения теряют энергию.

Кольца Эйнштейна это обычные гало дисперсии, только это гало рентгеновского излучения, превратившегося за время движения к нам за счёт красного смещения в видимый свет.

А это «гравитационный крест Эйнштейна», но не в далеких галактиках, а на Земле…  Реально, конечно, обычная дифракция.

А здесь линза из газа в космосе…

Ученые из кафедры Астрофизики и Астрономии Университета Торонто выполнили астрономические наблюдения за двумя областями интенсивного радиоизлучения. Они находятся на расстоянии 20 километров друг от друга вокруг звезды, расположенной в 6500 световых годах от нашей Солнечной Системы.

Речь идет о пульсаре PSR B1957+20 и его компаньоне – коричневом карлике.

Наблюдения за этими звездами были выполнены впервые в таком высоком разрешении благодаря облаку газа, которое окутывает коричневый карлик.

Оно подействовало как естественный увеличитель и позволило увидеть два радиоактивных региона так, как если бы мы наблюдали с мощного наземного телескопа за поверхностью на Плутоне в каком-то его регионе.

«В нашем случае газ действует как увеличительное стекло. Находясь прямо перед пульсаром, он позволяет увидеть его окружение и сам пульсар как никогда ранее» — сообщил Роберт Мэйн, ведущий автор данного исследования.

Более подобный отчет об изучении пульсара PSR B1957+20 был изложен в майском выпуске журнала Nature.

*************

А вот ещё одна выдумка о «гравитационном линзировании».

Блазар QSO B0218 + 357 имеет красное смещение 0,944. Имеет две составляющие, пространственно неотличимых, но разделенных задержкой 10-12 дней. В июле 2014 года QSO B0218 + 357 выдал вспышку, наблюдаемую Fermi-LAT и другими телескопами системы MAGIC.

Спектральное распределение энергии квазара B0218 + 357 может дать информацию об энергетике находящихся на расстоянии z ~ 1 источников энергии гамма-лучей. Кроме того, гамма-излучение также может быть использовано в качестве эталона внегалактического фонового излучения при z ~ 1.

Телескопы системы MAGIC проводили наблюдения за QSO B0218 + 357 в течение времени прибытия задержанного компонента излучения. MAGIC и Fermi-LAT наблюдения сопровождались получением квази-одновременных оптических данных с телескопа KVA и рентгеновских наблюдений Swift-XRT.

Построение спектрального распределения энергии квазара B0218 + 357 будет использовано для моделирования этого источника. Данные GeV и sub-TeV, полученные Fermi-LAT и MAGIC, используются для установки ограничения на внегалактическое фоновое излучение.

В настоящее время гамма-излучение обнаруженое от QSO B0218 + 357 является самым мощным мз известных. Наблюдаемое излучение охватывает диапазон энергий от 65 до 175 ГэВ.

Рис.1
Описывая эти наблюдения проведенные командой MAGIC : ML Ahnen (1), S. Ansoldi (2,24), LA Antonelli (3), P. Antoranz (4), C. Arcaro (5), A. Babic (6), B. Banerjee (7), P. Bangale (8), U. Barres de Almeida (8,25), JA Barrio (9), J. Becerra González (10,26), W. Bednarek (11), E. Bernardini (12,27), A. Berti (2,28), B. Biasuzzi (2), A.

Biland (1), O. Blanch (13), S. Bonnefoy (9), G. Bonnoli (4), F. Borracci (8), T. Bretz (14,29), S. Buson (5,26), A. Carosi (3), A. Chatterjee (7), R. Clavero (10), P. Colin (8), E. Colombo (10), JL Contreras (9), J. Cortina (13), S. Covino (3), P. Da Vela (4), F. Dazzi (8), A. De Angelis (5), B. De Lotto (2), E. de Oña Wilhelmi (15), F.

Di Pierro (3), M. Doert (16), A. Domínguez (9), D. Dominis Prester (6), D. Dorner (14), M. Doro (5), S. Einecke (16), D. Eisenacher Glawion (14), et al. (и ещё 110 соавторов) «британские уч0ные» в статье об этом обозначили свою интерпретацию эти данных (см. рисунок Рис.1).

Сущность интерпретации: излучение блазара QSO B0218 + 357 прошло через некую «гравитационную линзу», разделившую его на две части с задержкой во времени. Но в реальности фотоны имеют разную скорость. До этого была известна растяжка во времени прихода фотонов разных энергий от вспышек сверхновых Ia с z ~ 1.

Блазар QSO B0218 + 357 показал растяжку во времени фотонов одной и той же энергии. То есть, надо полагать, что часть фотонов некоторое время проходили через довольно плотную, но достаточно прозрачную, чтобы не изменить их направление движения, среду, замедлившую их движение во время нахождения в ней.

Это явление проявляется в каждом окне и никакого «гравитационного линзирования» для замедления фотонов такой в прозрачной плотно среде не требуется.

Источник: http://round-the-world.org/?p=1043

Ссылка на основную публикацию