Гравитационное линзирование
Как тяготение искривляет свет далёких объектов, чем отличаются сильное, слабое и микролинзирование и что с их помощью находят: далёкие галактики, тёмную материю и экзопланеты.
Масса искривляет пространство-время («Относительность»), и свет, проходя рядом с массивным телом, отклоняется от прямой. Скопление или галактика между нами и далёким источником работает как линза: искажает, увеличивает, а иногда размножает его изображение. Это и есть гравитационное линзирование.
Первое подтверждение
Эффект предсказывал Альберт Эйнштейн. Во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 года британская экспедиция Артура Эддингтона измерила смещение положения звёзд вблизи Солнца («Затмения»). Оно совпало с предсказанием общей теории относительности и сделало Эйнштейна всемирно известным. Первую гравитационную линзу нашли в 1979 году — двойной квазар Q0957+561, два изображения одного квазара («Квазары»).
Три вида
- Сильное линзирование. Источник, линза и наблюдатель почти на одной линии: появляются несколько изображений, дуги или кольцо Эйнштейна. Красивые примеры — «Крест Эйнштейна» (одного квазара четыре изображения вокруг галактики) и дуги вокруг скоплений.
- Слабое линзирование. Искажение мало: формы тысяч далёких галактик слегка вытягиваются в одном направлении. По статистике этих искажений строят карты массы, в том числе тёмной («Тёмная материя»). Этим занимаются обзоры вроде обсерватории Рубин и Roman.
- Микролинзирование. Линзой служит звезда или планета. Яркость далёкой звезды ненадолго возрастает, а форма всплеска выдаёт массу линзы. Так находят экзопланеты, в том числе далёкие от звёзд и даже свободно летящие.
Что даёт линзирование
- Увеличительное стекло. Скопление галактик («Скопления галактик») показывает галактики, которые без него были бы слишком слабы. Через линзы «Хаббл» и «Уэбб» увидели одни из самых далёких галактик и отдельные звёзды, например Эарендель.
- Масса. Линза показывает всю массу, а не только светящуюся. Это один из способов найти тёмную материю.
- Скорость расширения. Если источник — вспыхивающая сверхновая, задержка между изображениями позволяет оценить постоянную Хаббла («Расширение Вселенной»). В 2014 году такую сверхновую видели в виде креста вокруг галактики скопления, а в 2015 году её ожидаемое повторное изображение наблюдали ещё раз.