Гравитационное линзирование

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.

Красивые фотографии далеких галактик
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.