Gravitaciono sočivo je distribucija materije (na primer, skup galaksija) između udaljenog izvora svetlosti, koji je sposoban da savije zračenje satelita, prolazeći prema posmatraču i posmatraču. Ovaj efekat je poznat kao gravitaciono sočivo, a količina savijanja je jedno od predviđanja Alberta Ajnštajna u opštoj relativnosti. Klasična fizika takođe govori o savijanju svetlosti, ali to je samo polovina onoga o čemu govori opšta relativnost.
Kreator
Iako je Einstein napravio neobjavljene proračune o ovoj temi 1912., Orest Chwolson (1924) i František Link (1936) se općenito smatraju prvima koji su artikulirali učinak gravitacionog sočiva. Međutim, on se i dalje češće povezuje s Ajnštajnom, koji je objavio rad 1936.
Potvrda teorije
Fritz Zwicky je 1937. godine sugerirao da bi ovaj efekat mogao omogućiti jatom galaksija da djeluju kao gravitacijsko sočivo. Tek 1979. godine, ovaj fenomen je potvrđen posmatranjem kvazara Twin QSO SBS 0957 + 561.
Opis
Za razliku od optičkog sočiva, gravitaciono sočivo proizvodi maksimalno skretanje svjetlosti koje prolazi najbliže njegovom centru. I minimum onog koji se dalje proteže. Dakle, gravitaciono sočivo nema jednu žarišnu tačku, ali ima liniju. Ovaj termin u kontekstu skretanja svjetlosti prvi je upotrijebio O. J. Kućica. Napomenuo je da je "neprihvatljivo reći da gravitaciono sočivo Sunca djeluje na ovaj način, budući da zvijezda nema žižnu daljinu."
Ako izvor, masivni objekat i posmatrač leže u pravoj liniji, izvorno svetlo će se pojaviti kao prsten oko materije. Ako postoji bilo kakav pomak, umjesto toga se može vidjeti samo segment. Ovo gravitaciono sočivo prvi put je spomenuo fizičar Orest Khvolson 1924. godine u Sankt Peterburgu, a kvantitativno ga je razradio Albert Ajnštajn 1936. godine. Općenito se u literaturi nazivaju Albertovim prstenovima, jer se prvi nisu bavili protokom ili radijusom slike.
Najčešće, kada je masa sočiva složena (kao što je grupa galaksija ili jata) i ne uzrokuje sferično izobličenje prostor-vremena, izvor će ličiti naparcijalni lukovi rasuti oko sočiva. Posmatrač tada može vidjeti više slika promijenjene veličine istog objekta. Njihov broj i oblik zavise od relativnog položaja, kao i od simulacije gravitacionih sočiva.
Tri razreda
1. Jaka sočiva.
Gdje postoje lako vidljiva izobličenja, kao što je formiranje Ajnštajnovih prstenova, lukova i više slika.
2. Slabo sočivo.
Gdje je promjena u pozadinskim izvorima mnogo manja i može se otkriti samo statističkom analizom velikog broja objekata kako bi se pronašlo samo nekoliko posto koherentnih podataka. Objektiv pokazuje statistički kako je poželjno rastezanje pozadinskih materijala okomito na smjer prema centru. Mjerenjem oblika i orijentacije velikog broja udaljenih galaksija, njihove se lokacije mogu usredsrediti za mjerenje pomaka polja sočiva u bilo kojoj regiji. Ovo se zauzvrat može koristiti za rekonstrukciju raspodjele mase: posebno se može rekonstruirati pozadinsko odvajanje tamne tvari. Budući da su galaksije inherentno eliptične i da je signal slabog gravitacionog sočiva mali, u ovim studijama mora se koristiti vrlo veliki broj galaksija. Podaci o slabim objektivima moraju pažljivo izbjegavati brojne važne izvore pristranosti: unutrašnji oblik, sklonost funkcije širenja tačke kamere da se izobliči i sposobnost atmosferskog vida da promijeni slike.
Rezultati ovihstudije su važne za procenu gravitacionih sočiva u svemiru kako bi se bolje razumeo i poboljšao Lambda-CDM model i da bi se obezbedila provera konzistentnosti drugih zapažanja. Oni također mogu predstavljati važno buduće ograničenje tamne energije.
3. Microlensing.
Gdje se u obliku ne vidi izobličenje, ali se količina svjetlosti primljena od pozadinskog objekta mijenja tokom vremena. Objekt sočiva mogu biti zvijezde u Mliječnom putu, a izvor pozadine su kuglice u udaljenoj galaksiji ili, u drugom slučaju, još udaljeniji kvazar. Efekat je mali, tako da bi čak i galaksija čija je masa veća od 100 milijardi puta veća od Sunčeve proizvela više slika razdvojenih za samo nekoliko lučnih sekundi. Galaktička jata mogu proizvesti razdvajanja od nekoliko minuta. U oba slučaja, izvori su prilično udaljeni, mnogo stotina megaparseka iz našeg svemira.
Vremenska kašnjenja
Gravitacijske leće djeluju podjednako na sve vrste elektromagnetnog zračenja, ne samo na vidljivu svjetlost. Proučavaju se slabi efekti i za kosmičku mikrotalasnu pozadinu i za galaktičke studije. Jaka sočiva su takođe primećena u radio i rendgenskom režimu. Ako takav objekt proizvodi više slika, između dva puta će postojati relativno vremensko kašnjenje. To jest, na jednom objektivu, opis će se uočiti ranije nego na drugom.
Tri vrste predmeta
1. Zvijezde, ostaci, smeđi patuljci iplanete.
Kada objekat u Mliječnom putu prođe između Zemlje i udaljene zvijezde, fokusirat će se i pojačati pozadinsko svjetlo. Nekoliko događaja ovog tipa primećeno je u Velikom Magelanovom oblaku, malom univerzumu u blizini Mlečnog puta.
2. Galaksije.
Masivne planete mogu djelovati i kao gravitacijska sočiva. Svjetlost iz izvora iza svemira je savijena i fokusirana za stvaranje slika.
3. Jata galaksija.
Masivan objekat može stvoriti slike udaljenog objekta koji leži iza njega, obično u obliku rastegnutih lukova - sektora Ajnštajnovog prstena. Klaster gravitaciona sočiva omogućavaju da se posmatraju svetla koja su predaleko ili preslaba da bi se videla. A pošto gledanje na velike udaljenosti znači gledanje u prošlost, čovječanstvo ima pristup informacijama o ranom svemiru.
Solarna gravitacija
Albert Ajnštajn je 1936. godine predvideo da će zraci svetlosti u istom pravcu kao ivice glavne zvezde konvergirati u fokus na oko 542 AJ. Dakle, sonda koja je udaljena (ili više) od Sunca može je koristiti kao gravitaciono sočivo za povećanje udaljenih objekata na suprotnoj strani. Lokacija sonde se može pomjeriti po potrebi za odabir različitih ciljeva.
Drake Probe
Ova udaljenost je daleko iznad napretka i sposobnosti opreme za svemirske sonde kao što je Voyager 1, i izvan poznatih planeta, iako milenijumimaSedna će se kretati dalje u svojoj visoko eliptičnoj orbiti. Visoko pojačanje za potencijalno otkrivanje signala kroz ovo sočivo, kao što su mikrotalasi na vodoniku od 21 cm, navelo je Franka Drakea da spekuliše u ranim danima SETI-ja da bi sonda mogla biti poslata tako daleko. Višenamjenski SETISAIL i kasnije FOCAL je predložila ESA 1993.
Ali kao što se i očekivalo, ovo je težak zadatak. Ako sonda prođe 542 AJ, mogućnosti povećanja objektiva će nastaviti da rade na većim udaljenostima, jer zraci koji dolaze u fokus na većim udaljenostima putuju dalje od izobličenja solarne korone. Kritiku ovog koncepta dao je Landis, koji je raspravljao o pitanjima kao što su smetnje, veliko povećanje cilja koje bi otežalo dizajniranje žarišne ravni misije i analiza sopstvene sferne aberacije sočiva.
