Как это работает
Микролинзирование основано на эффекте гравитационной линзы. Массивный объект (линза) будет отклонять свет яркого фонового объекта (источника). Это может генерировать несколько искаженных, увеличенных и ярких изображений источника фона.
Микролинзирование вызывается тем же физическим эффектом, что и сильное линзирование и слабое линзирование, но оно изучается с использованием очень разных методов наблюдения. При сильном и слабом линзировании масса линзы достаточно велика (масса галактики или скопления галактик), чтобы смещение света линзой можно было разрешить с помощью телескопа высокого разрешения, такого как Космический телескоп Хаббла. При микролинзировании масса линзы слишком мала (масса планеты или звезды) для того, чтобы можно было легко наблюдать смещение света, но видимое увеличение яркости источника все же можно обнаружить. В такой ситуации линза пройдет мимо источника за разумный промежуток времени, от секунд до лет вместо миллионов лет. Когда выравнивание изменяется, видимая яркость источника изменяется, и это можно отслеживать, чтобы обнаружить и изучить событие. Таким образом, в отличие от сильных и слабых гравитационных линз, событие микролинзирования является временным явлением с точки зрения человеческой шкалы времени.
В отличие от сильного и слабого линзирования, ни одно наблюдение не может установить, что микролинзирование происходит. Вместо этого необходимо отслеживать увеличение и уменьшение яркости источника с течением времени с помощью фотометрии. Эта функция яркости в зависимости от времени известна как кривая блеска. Типичная кривая блеска микролинзирования показана ниже:
Типичное событие микролинзирования, подобное этому, имеет очень простую форму, и можно выделить только один физический параметр: шкалу времени, которая связана с массой линзы, расстоянием и скоростью.. Однако есть несколько эффектов, которые влияют на форму более нетипичных событий линзирования:
- Распределение массы линзы. Если масса линзы не сосредоточена в одной точке, кривая блеска может резко отличаться, особенно в случае событий пересечения каустикой, которые могут иметь сильные всплески на кривой блеска. При микролинзировании это можно увидеть, когда линза представляет собой двойную звезду или планетную систему .
- с конечным размером источника. В чрезвычайно ярких или быстро меняющихся событиях микролинзирования, таких как события пересечения каустики, звезду-источник нельзя рассматривать как бесконечно малую точку света: размер звездного диска и даже потемнение к краю может изменить экстремальные характеристики.
- Параллакс. Для событий, длящихся в течение нескольких месяцев, движение Земли вокруг Солнца может вызвать небольшое изменение выравнивания, влияющее на кривую блеска.
В настоящее время основное внимание уделяется более необычным событиям микролинзирования, особенно тем, которые могут привести к открытию внесолнечные планеты. Другой способ получить больше информации о событиях микролинзирования включает измерение астрометрических сдвигов в позиции источника во время события и даже разрешение отдельных изображений с помощью
Первое успешное разрешение изображений с микролинзированием было достигнуто с помощью инструмента GRAVITY на .
Квазары обеспечивают
Основываясь на этой работе, Сигни Либес и Сьюр Реферд определили идеальные условия для галактических и шаровых линз звездных скоплений. Всего год спустя Джено и Мадлен Бартони задаются вопросом, какие последствия это может иметь для квазаров. У этих таинственных объектов было огромное красное смещение, что означало, что они были далеко, но они были яркими объектами, а это означало, что они должны были быть очень мощными, чтобы их можно было увидеть так далеко. Что они могли быть? Бартони задались вопросом, могут ли квазары быть первым доказательством галактического гравитационного линзирования. Они предположили, что квазары на самом деле могут быть линзами сейфертовских галактик с большого расстояния. Но дальнейшая работа показала, что светоотдача не соответствовала этой модели, и поэтому ее положили на полку (там же).
Более десяти лет спустя Деннис Уолш, Роберт Карсвелл и Рэй Вейманн обнаружили несколько странных квазаров на Большой Медведице, недалеко от Большой Медведицы, в 1979 году. Там они обнаружили квазары 0957 + 561A и 0957 + 561B (которые я буду называть QA и QB, по понятным причинам.) в 9 часов 57 минут по прямому восхождению и склонению +56,1 градуса (отсюда 09757 + 561). У этих двух чудаков почти одинаковые спектры и значения красного смещения, что указывает на то, что они находились на расстоянии 3 миллиардов световых лет от нас. И хотя QA был ярче, чем QB, это было постоянное соотношение по спектру и не зависело от частоты. Эти двое должны быть каким-то образом связаны (Falco 18-9).
Возможно ли, что эти два объекта сформировались одновременно из одного материала? Ничто в галактических моделях не показывает, что это возможно. Может быть, раскололся предмет? Опять же, никакого известного механизма этого не объясняет. Затем ученые начали задаваться вопросом, видят ли они то же самое, но с двумя изображениями вместо одного. Если так, то это был случай гравитационного линзирования. Это объясняет, что QA ярче, чем QB, потому что свет фокусировался больше без изменения длины волны и, следовательно, частоты (Falco 19, Villard).
Но, конечно, была проблема. При ближайшем рассмотрении QA обнаружил, что от него исходят реактивные двигатели, летящие в направлении 5 секунд, причем один из них северо-восток, а другой — запад. У QB был только один, и он шел на 2 секунды севернее. Другая проблема заключалась в том, что объект, который должен был действовать как линза, не был виден. К счастью, Питер Янг и другие исследователи из Калифорнийского технологического института выяснили это с помощью камеры CCD, которая действует как группа контейнеров, которые заполняются фотонами и затем хранят данные в виде электронного сигнала. Используя это, они смогли разбить свет QB и определили, что струя от него на самом деле была отдельным объектом с интервалом всего в 1 секунду. Ученые также смогли определить, что QA — это настоящий квазар на расстоянии 8,7 миллиарда световых лет с отклоненным светом, и что QB — это изображение, сформированное объектами линзы, равным 3.7 миллиардов световых лет от нас. Эти джеты оказались частью большого скопления галактик, которое не только действовало как одна большая линза, но и не находилось в прямой ориентации квазара позади него, что привело к смешанному результату двух, казалось бы, разных изображений (Falco 19, 21)..
Механика гравитационного линзирования.
Природа темной материи и ее расшифровка
Исследование, хотя и не предоставляет окончательного ответа на вопрос о природе темной материи, открывает новые перспективы для экспериментов и тестирования. В будущем исследования, основанные на гравитационном линзировании, могут помочь установить волновую природу аксионов и измерить их массу.
Темная материя состоит из неизвестных частиц, которые еще не были обнаружены. Ученые надеются, что будущие эксперименты помогут раскрыть ее тайны и помогут понять больше о нашей Вселенной.
Расшифровка природы темной материи может привести к новым открытиям в физике элементарных частиц и ранней Вселенной, а также помочь лучше понять процессы формирования и эволюции галактик
Дополнительные исследования воздействия темной материи на космологические явления могут принести огромную пользу науке и помочь раскрыть тайны нашего мира, что имеет важное значение для человечества
Приложения
Если гравитационная линза (с точки зрения земного наблюдателя) фокусирует свет фонового объекта, можно исследовать объекты, которые иначе не могли бы быть зарегистрированы из-за их низкой видимой яркости. Это позволяет наблюдать галактики на больших расстояниях и, следовательно, в очень ранние эпохи развития космоса.
Кроме того, распределение излучения в плоскости изображения позволяет исследовать свойства (массу и распределение масс) самой гравитационной линзы. Полная масса получается напрямую, без необходимости прибегать к предположениям относительно доли темной материи .
Статистические оценки изображений гравитационных линз могут использоваться для ограничения таких параметров, как космологическая постоянная или плотность материи всей Вселенной. Постоянная Хаббла также может быть определена более точно с помощью гравитационных линз, как предсказал Сьер Рефсдал в 1964 году. Таким образом, исследователи из Цюрихского университета и США с большой точностью определили возраст Вселенной, равный 13,5 миллиардам лет.
Тот факт , что объект PS1-10afx, обнаружен японскими астрономами в 2010 году с помощью системы быстрого реагирования телескопов панорамного обзора ( Pan-STARRS / Гавайи ), был просмотрен как гиперновой , что разобранном девять миллиардов лет назад, но это была сверхновая из Тип Ia был похож, но выглядел слишком ярким для этого. Когда в 2013 году в этой области была замечена слабо светящаяся галактика на переднем плане, которую раньше затмевала более яркая сверхновая прямо за ней, стало ясно, что свет, испускаемый во время взрыва, был направлен в сторону Земли благодаря гравитационной линзе этой галактики и сверхновой она была в 30 раз ярче, чем выглядела без эффекта увеличительного стекла. На основе этих наблюдений астрономы теперь предполагают, что в будущем будет обнаружено больше таких объектов, потому что считается вероятным, что с увеличением расстояния — где-то на пути излучения сверхновой к Земле — может возникнуть эффект гравитационного линзирования.
Источник
история
Первый целевой экспериментальный обзор Общей теории относительности (ОТО), привлекший большое внимание общественности и прославивший теорию, был проведен в 1919 году. Она проверила предсказание ART о том, что свет, как и все электромагнитное излучение, отклоняется в гравитационном поле
Солнечное затмение 29 мая 1919 года было использовано для измерения кажущегося смещения положения звезды вблизи солнечного диска , так как это, где эффект должен быть сильным. Предсказание теории Эйнштейна о том, что звездный свет, касающийся края солнечного диска на пути к Земле, должен отклоняться на 1,75 угловых секунды, подтвердился с отклонением 20% в этом первоначальном измерении.
Классическая, д. ЧАС. Рассчитанный с помощью теории гравитации Ньютона или специальной теории относительности , эффект будет вдвое меньше, поскольку изменяется только временная координата, а не пространственная координата. Отклонение на 0,83 угловых секунды в соответствии с теорией гравитации Ньютона было вычислено в марте 1801 года Иоганном Георгом фон Зольднером .
Позднее аналогичные измерения были выполнены с помощью улучшенных инструментов. В 1960-х годах положение квазаров измерялось с точностью до 1,5%, тогда как аналогичные измерения с помощью РСДБ (интерферометрии с очень длинной базой) позже повысили точность до 0,2%. Положение 100 000 звезд было также измерено спутником ЕКА Hipparcos , что позволило проверить предсказания ART с точностью до 0,1%. Космический зонд ЕКА Gaia , запущенный 19 декабря 2013 года, должен измерить положение более миллиарда звезд и, таким образом, определить кривизну космоса еще точнее.
феноменология
принцип
Объекты с очень большой массой направляют электромагнитные волны в другом направлении. Соответственно, изображение фонового объекта смещается, искажается и, возможно, умножается.
Особое проявление — эффект микролинзирования . Здесь отклонение настолько незначительно, что не регистрируется как пространственный сдвиг, а становится заметным как временное увеличение яркости.
Эффект основан в каждом случае на искривлении пространства из-за объектов или энергии, содержащей массу, которую Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности описал как влияние гравитации на пространство-время.
Этот эффект может быть продемонстрирован в полном солнечном затмении на звездах, которые очень близки к направлению взгляда на Солнце и в остальном затмеваются этим: положение этих звезд тогда кажется немного смещенным от Солнца. Соответствующее наблюдение Артура Эддингтона стало первым экспериментальным подтверждением общей теории относительности в 1919 году. Эйнштейн считал возможным, но маловероятным, что можно было увидеть несколько изображений одного и того же объекта в подходящих условиях. Однако он думал только о звездах как о спусковом крючке для этого эффекта; В 1937 году Фриц Цвикки исследовал эффект, который может иметь галактика как гравитационная линза. В 1963 году Ю. Г. Климов, С. Либес и Сюр Рефсдал независимо друг от друга считают, что квазары представляют собой идеальные источники света для этого эффекта.
Сильный эффект гравитационного линзирования
Чтобы получить гравитационную линзу в обычном, то есть астрономическом смысле, обычно необходимы чрезвычайно интенсивные гравитационные поля астрономических объектов, таких как черные дыры , галактики или скопления галактик . При этом возможно, что источник света, расположенный за гравитационной линзой, не только будет казаться смещенным, но и что наблюдатель увидит несколько изображений. Первая такая «сильная гравитационная линза» была открыта в 1979 году: «Квазар-близнец» Q0957 + 561 . Хорошо известным примером является Крест Эйнштейна , открытый в 1985 году в созвездии Пегаса , четырехкратное изображение того же объекта. При определенных обстоятельствах объект за гравитационной линзой выглядит как замкнутая линия в форме кольца Эйнштейна .
Первая гравитационная линза, которая состоит не из одной галактики, а из скопления галактик ( Abell 370 ), была признана таковой в 1987 году Женевьевой Сукаль, Янником Мелье и другими в Тулузе, а также Ваэ Петросяном и Роджером Линдсом в США.
Слабое гравитационное линзирование
В случае слабых искажений — из-за слабого или удаленного гравитационного поля — эффекты гравитационной линзы не видны напрямую, поскольку фактическая форма объектов за гравитационной линзой неизвестна. В этом случае все еще возможно определить гравитационное поле с помощью статистических методов, исследуя форму и ориентацию многих галактик на заднем плане. Предполагается, что ориентация галактик на заднем плане была бы случайной без гравитационной линзы. С помощью гравитационной линзы вы получаете сдвиг фона, поэтому галактики чаще появляются выровненными по кольцу вокруг областей с сильным гравитационным полем. Отсюда можно определить распределение массы, вызывающее эффект линзы.
Поскольку этот эффект невелик, большое количество галактик необходимо исследовать на предмет достаточной статистической значимости . Также необходимо учитывать ряд возможных систематических ошибок. К ним относятся внутренняя форма галактик, функция рассеяния точки используемой камеры, ошибки изображения в телескопе и, при определенных обстоятельствах, волнения в атмосфере Земли, которые также могут привести к искажению изображения.
Эффект микролинзы
Вопреки тому, что предполагал Эйнштейн (см. Выше), можно также наблюдать эффекты, которые одиночная звезда оказывает на излучение фонового объекта. Было обнаружено несколько MACHO , потому что одна звезда собрала за собой свет гораздо более слабого объекта и таким образом (на короткое время) усилила его. Также с помощью этого эффекта можно было обнаружить внесолнечные планеты .
Фокус солнечного эффекта линзы находится на расстоянии около 82,5 миллиарда километров или около 550 астрономических единиц, что приведет к увеличению примерно в 100 миллионов раз.
В крайних случаях гравитация галактики может вызвать сильное увеличение. Это позволило, например, открыть самую далекую звезду MACS J1149 Lensed Star 1 на расстоянии 9 миллиардов световых лет (по состоянию на 2018 год).
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.
Описание явления
Релятивистские принципы
Согласно общей теории относительности, а также корпускулярной теории света , свет следует искривлению пространства-времени . Таким образом, если луч света проходит через гравитационное поле массивного объекта, такого как звезда, он отклоняется, как и оптическая линза .
Расчет параметров
Функциональная схема кольца Эйнштейна с различными переменными.
Размер кольца Эйнштейна определяется радиусом Эйнштейна . В радианах этот размер записывается:
- θEзнак равно4граммMпротив2dLSdLdS,{\ displaystyle \ theta _ {E} = {\ sqrt {{\ frac {4GM} {c ^ {2}}} \; {\ frac {d_ {LS}} {d_ {L} d_ {S}}} }},}
или же
- θE{\ displaystyle \ theta _ {E}}это угловой размер в радианах,
- грамм{\ displaystyle G}является постоянная тяготения ,
- M{\ displaystyle M} масса линзы,
- против{\ displaystyle c} это скорость света,
- dL{\ displaystyle d_ {L}}это угловое расстояние объектива,
- dS{\ displaystyle d_ {S}} — угловое расстояние от источника, а
- dLS{\ displaystyle d_ {LS}} — угловое расстояние между линзой и источником.
Теория или реальность?
В течение короткого времени теория относительности была непроверенной идеей, последствия которой для замедления времени и сжатия пространства было трудно понять. Наука требует доказательств, и это тоже не исключение. Так что может быть лучше для проверки относительности, чем массивный объект вроде Солнца? Ученые поняли, что если теория относительности верна, то гравитационное поле Солнца должно заставлять свет огибать его. Если бы Солнце могло быть скрыто, тогда, возможно, можно было бы рассмотреть область по периметру. А в 1919 году должно было произойти солнечное затмение, что дало ученым шанс увидеть, будут ли видны некоторые звезды, которые, как известно, находятся за Солнцем. Действительно, теория оказалась верной, поскольку звезды, казалось, были не на своем месте, но на самом деле их свет просто отклонялся от Солнца. Официально теория относительности стала хитом.
Но Эйнштейн пошел дальше с этой идеей. После того, как его друг RW Мандл попросил его подробнее изучить его, он задумался, что бы произошло, если бы с Солнцем были достигнуты другие выравнивания. Он нашел несколько интересных конфигураций, которые позволяли фокусировать смещенный свет, действуя как линза. Он показал, что это возможно, в декабрьской 1936 г. научной статье под названием «Линзовидное действие звезды из-за отклонения света в гравитационном поле», но считал, что такое выравнивание было настолько редким, что было маловероятно, что настоящее событие когда-либо когда-либо будет быть просмотренным. Даже если бы вы могли, он просто не мог представить себе удаленный объект, который можно было бы сфокусировать достаточно для изображения. Всего год спустяФриц Цвикки (знаменитый создатель объяснения движения звезд в галактиках темной материей) смог показать в 1937 г.Physical Review: если бы линзирующим объектом была не звезда, а галактика, то шансы действительно хороши для просмотра. Цвикки мог думать о коллективной силе всех звезд (миллиардов!), Которые содержит галактика, а не о точечной массе. Он также предвидел возможность линзирования для проверки теории относительности, увеличения галактик из ранней Вселенной и определения массы этих объектов. К сожалению, в то время работа не была признана (Falco 18, Krauss).
Но в 1960-х учёные стали больше интересоваться ситуацией, поскольку интерес к космосу был на рекордно высоком уровне. Они нашли несколько возможностей, которые показаны в этой статье. В эти конфигурации вошли многие правила обычной оптики, но также были обнаружены некоторые заметные различия. Согласно теории относительности, угол отклонения, которому подвергается изгибаемый свет, прямо пропорционален массе линзы (которая вызывает изгиб) и обратно пропорционален расстоянию от источника света до линзы (там же).
Интересные факты
- Эффект гравитационного линзирования упоминается в недавно вышедшем фантастическом фильме «Интерстеллар».
- Эффекты Эйнштейновского Креста и Кольца названы в честь их первооткрывателя – знаменитого физика Альберта Эйнштейна.
- Визуально наблюдать гравитационное линзирование можно только в тех случаях, когда масса линзы равняется 10 12 масс нашего Солнца.
- 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.
- На сегодняшний день использование эффекта гравитационной линзы – единственный способ обнаружить темный, удаленный объект в космосе.
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник
Обнаружение внесолнечных планет
Если линзирующий объект — звезда с планетой, вращающейся вокруг нее, это крайний пример события двойной линзы. Если источник пересекает каустику, отклонения от стандартного события могут быть большими даже для планет с малой массой. Эти отклонения позволяют нам сделать вывод о существовании и определить массу и разделение планеты вокруг линзы. Отклонения обычно длятся несколько часов или несколько дней. Поскольку сигнал наиболее сильный, когда самое сильное событие, события с большим увеличением являются наиболее многообещающими кандидатами для детального изучения. Обычно исследовательская группа уведомляет сообщество, когда обнаруживает, что происходит событие с большим увеличением. Группы последующего наблюдения затем интенсивно отслеживают текущее событие, надеясь получить хорошее освещение отклонения, если оно произойдет. Когда событие закончилось, кривая блеска сравнивается с теоретическими моделями, чтобы определить физические параметры системы. Параметры, которые могут быть определены непосредственно из этого сравнения, — это отношение масс планеты к звезде и отношение углового расстояния между звездой и планетой к углу Эйнштейна. Из этих соотношений, наряду с предположениями о звезде-линзе, можно оценить массу планеты и ее орбитальное расстояние.
Первый успех этого метода был достигнут в 2003 году как OGLE, так и MOA события микролинзирования OGLE 2003 – BLG – 235 (или MOA 2003– BLG – 53). Объединив свои данные, они обнаружили, что наиболее вероятная масса планеты в 1,5 раза превышает массу Юпитера. По состоянию на апрель 2020 года этим методом было обнаружено 89 экзопланет. Известные примеры включают OGLE-2005-BLG-071Lb, OGLE-2005-BLG-390Lb, OGLE-2005-BLG-169Lb, две экзопланеты около OGLE-2006-BLG-109L и MOA-2007-BLG-192Lb. Примечательно, что на момент своего объявления в январе 2006 года планета OGLE-2005-BLG-390Lb, вероятно, имела самую низкую массу из всех известных экзопланет, вращающихся вокруг обычной звезды, со средней массой в 5,5 раза больше массы Земли и примерно в несколько раз больше. две неопределенности. Этот рекорд был оспорен в 2007 г. Gliese 581 c с минимальной массой в 5 масс Земли, а с 2009 г. Gliese 581 e является самой легкой из известных «обычных» экзопланет с минимальной массой 1,9 Земля. массы. В октябре 2017 года OGLE-2016-BLG-1190Lb, чрезвычайно массивная экзопланета (или, возможно, коричневый карлик ), примерно в 13,4 раза больше массы Юпитера,
Сравнивая этот метод обнаружения внесолнечных планет с другими методами, такими как транзитный метод, одно преимущество состоит в том, что интенсивность планетарного отклонения не так сильно зависит от массы планеты. как эффекты в других техниках. Это делает микролинзирование подходящим для поиска планет с малой массой. Он также позволяет обнаруживать планеты дальше от звезды-хозяина, чем большинство других методов. Одним из недостатков является то, что наблюдение за системой линз очень сложно после того, как событие закончилось, потому что требуется много времени, чтобы линза и источник были достаточно разделены для их разделения по отдельности.
A земная атмосферная линза, предложенная Ю Вангом в 1998 году, которая будет использовать атмосферу Земли в качестве большой линзы, также может напрямую отображать близлежащие потенциально обитаемые экзопланеты.
Механика гравитационной линзы
Концепция гравитационного линзирования проста: все во Вселенной имеет массу, и эта масса имеет гравитационное притяжение. Если объект достаточно массивен, его сильное гравитационное притяжение искривляет свет, когда он проходит мимо. Гравитационное поле очень массивного объекта, такого как планета, звезда или галактика, или скопление галактик, или даже черная дыра, сильнее притягивает объекты в ближайшем космосе. Например, когда световые лучи от более удаленного объекта проходят мимо, они захватываются гравитационным полем, изгибаются и перефокусируются. Перефокусированное «изображение» обычно представляет собой искаженный вид более удаленных объектов. В некоторых крайних случаях целые фоновые галактики (например) могут быть искажены в длинные, тощие, похожие на бананы формы под действием гравитационной линзы.
Невидимая материя, как такое возможно?
По своей природе темная материя является уникальной – ее скрытность просто поражает ученое сообщество. До сих пор нет ни одного действенного способа, чтобы ее обнаружить. Но не все так плохо, наука развивается, а вместе с тем проводятся и новые исследования.
В отличие от обычной материи, которая сгущается под действием гравитации, темная материя распределяется по всей Вселенной равномерно.
Таким образом, ученые решили, что есть несколько моделей, которые помогут понять темную материю. Одна из них говорит о том, что это такие слабо взаимодействующие частицы, называют их ВИМПами. Другое предположение говорит о том, что это легкие частицы – их называют аксионами. А самое интересное – это их поведение, ВИМПы ведут себя как дискретные частицы, то есть отдельные, а вот аксионы – больше походят на волны из-за квантовой интерференции.
Темная материя играет важную роль в космологии, потому что она объясняет распределение гравитационных потенциалов в галактиках и их кластерах. Наблюдения показывают, что галактики содержат гораздо больше массы, чем видимая материя, такая как звезды и газ. Темная материя может объяснить эту дополнительную массу и составляет примерно 27% Вселенной.
Эту загадочную материю нельзя обнаружить просто так, но есть один способ посмотреть на ее взаимодействие. Анализирование гравитационных линз, как сообщается в новом исследовании – сыграло в этом большую роль.
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.
Общие сведения о гравитационном линзирования
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.
Типы гравитационных Лицензирование
Теперь, когда астрономы могут наблюдать линзирование во Вселенной, они разделили такие явления на два типа: сильное линзирование и слабое линзирование. . Сильное линзирование довольно легко понять – если его можно увидеть человеческим глазом на изображении (скажем, с космического телескопа Хаббл ), то оно сильное. Слабое линзирование, с другой стороны , Невозможно обнаружить невооруженным глазом. Астрономы должны использовать специальные методы, чтобы наблюдать и анализировать этот процесс.
Из-за существования темной материи все далекие галактики имеют слабую линзу. Слабое линзирование используется для определения количества темной материи в заданном направлении в космосе. Это невероятно полезный инструмент для астрономов, помогающий им понять распределение темной материи в космосе. Сильное линзирование также позволяет им видеть далекие галактики такими, какими они были. в далеком прошлом, что дает им хорошее представление о том, какими были условия миллиарды лет назад. Это также увеличивает свет от v далеких объектов, таких как самые ранние галактики, и часто дает астрономам представление об активности галактик в их молодости.
Другой тип линзирования, называемый «микролинзирование», обычно вызывается прохождением звезды перед другим или против более удаленного объекта. Форма объекта не может быть искажена, как при более сильном линзировании, но сила света колеблется. Это говорит астрономам о вероятности микролинзирования. Интересно, что планеты также могут участвовать в микролинзировании, когда они проходят между нами и своими звездами.
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.