Генезис. Небо и Земля. Том 1. История. Максим Филипповский

Чтение книги онлайн.

На самом деле, никакие оптические измерения в 1919—1973 годах, начиная с первой фотографии затмения, никогда не давали действительно удовлетворительных результатов. Но легко измерить радиоволны, скользящие по краю Солнца, потому что радиоволны не вымываются солнечным светом. Между 1969 и 1975, измерение радиоволн от далеких квазаров на краю Вселенной, показали, что Эйнштейн был прав, с точностью до 1%. Космический телескоп Хаббл (2015) сфотографировал искривления светового потока, возникшие в результате сильного гравитационного воздействия со стороны массивного тела в кластере галактик SDSS J1038+4849. В данном случае объектом, искривляющим своим гравитационным полем направление распространения проходящего мимо него излучения является галактической линзой. Этот эффект тяготения называют «гравитационной линзой» по той причине, что параллельный пучек излучения, пройдя мимо массивного тела, концентрируется позади него, подобно тому, как концентрируется световой луч, проходя сквозь стеклянную положительную линзу. В принципе, роль гравитационной линзы может играть любое тело, но на практике заметное искривление лучей способно вызвать лишь очень массивное тело, например, крупная планета или звезда, а также крупная система тел, такая как галактика или скопление галактик. Гравитационная линза одинаково влияет на все виды электромагнитного излучения и потоки релятивистских частиц. В центре снимка, полученного космическим телескопом Хаббл, представлена группа галактики SDSS J1038+4849, и она выглядит как один большой космический смайлик. Здесь можно увидеть два жёлтых глаза и белый нос пуговкой. В случае с этим «лицом» два глаза на нём – очень яркие галактики, а загадочные и приводящие в смятение линии улыбки фактически являются объектами заднего плана, искаженные эффектом, известным как сильное гравитационное линзирование. В таком случае наблюдается особый случай гравитационного линзирования в виде кольца, которое так и называется – Кольцо Эйнштейна, образованное в результате изгиба светового потока от заднего источника, который располагается точно позади линзирующей галактики. Из-за этого изображение второстепенного объекта искажается симметрично, и обозревается одинаково с двух сторон. Вообще, Хаббл идеально подходит для изучения таких объектов, ведь гравитационное линзирование позволяет ближе разглядеть те далёкие объекты, которые мы никогда бы не могли увидеть. В данном случае эта «космическая улыбка» была получена приборами Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) и Wide Field Camera 3 (WFC3) в рамках обзора сильных гравитационных линз. Скопления галактик являются самыми массивными структурами во Вселенной и обладают такой сильной гравитацией, что способны деформировать пространство-время вокруг себя и действовать как огромное увеличительное стекло, что заставляет искажаться и изгибаться свет позади них. Это явление, которое является критическим для Хаббла в плане изучения таких объектов, впервые было объяснено общей теорией относительности Эйнштейна.

В отличие от оптической линзы, гравитационная линза более всего искривляет свет, проходящий ближе всего к её центру, и менее всего искривляет тот свет, который проходит дальше всего от центра. Следовательно, гравитационная линза не имеет точки фокусировки, но обладает фокальной линией. Существует три класса гравитационных линз: 1. Сильное гравитационное линзирование, вызывающее легко различимые искажения, такие как эйнштейновское кольцо, дуги и размноженные изображения. 2. Слабое гравитационное линзирование, вызывающее лишь малые искажения в изображении объекта, который находится позади линзы (далее – объект фона). Эти искажения могут быть зафиксированы только после статистического анализа большого количества объектов фона, что позволяет найти небольшое согласованное искажение их изображений. Линзирование проявляется в небольшом растяжении изображения перпендикулярно направлению к центру линзы. Изучая форму и ориентацию большого количества отдалённых галактик фона, мы получаем возможность измерить линзирующее поле в любой области. Эти данные, в свою очередь, могут быть использованы, чтобы восстановить распределение масс в данной области пространства; в частности, этим методом можно исследовать распределение тёмной материи. Поскольку галактики сами по себе обладают эллиптической формой и искажения от слабого линзирования малы, для использования этого метода необходимо наблюдение большого числа галактик фона. Такого рода обзоры должны тщательно учитывать многие источники систематической погрешности: собственную форму галактик, пространственную функцию отклика светочувствительной матрицы, атмосферные искажения и т. д. Результаты этих исследований важны для оценки космологических параметров, для лучшего понимания и развития модели Лямбда-CDM, а также для того, чтобы обеспечить проверку непротиворечивости с другими космологическими наблюдениями. 3. Микролинзирование не вызывает никакого наблюдаемого искажения формы, но количество света, принимаемое наблюдателем от объекта фона, временно увеличивается. Линзирующим объектом могут быть звёзды Млечного Пути их планеты, а источником света – звёзды отдалённых галактик или квазары, находящиеся на ещё более далёком расстоянии. В отличие от первых двух случаев, изменение наблюдаемой картины при микролинзировании происходит за характерное время от секунд до сотен дней. Микролинзирование позволяет оценить количество слабосветящихся объектов с массами порядка звёздных (например, белых карликов) в Галактике, которые могут вносить некоторый вклад в барионную компоненту тёмной материи. Кроме того, микролинзирование является одним из методов поиска экзопланет. Слабое линзирование может изучаться по его влиянию на космическое микроволновое фоновое излучение. Сильное линзирование наблюдалось в радио- и рентгеновском диапазонах.