Войти
Источник света проходит за гравитационной линзой (точечная масса, расположенная в центре изображения). Водяной круг - это источник света, который можно было бы увидеть, если бы не было линзы, в то время как белые пятна - это множественные изображения источника (см. кольцо Эйнштейна ).A гравитационная линза - распределение материи (например, как скопление галактик ) между удаленным источником света и наблюдателем, которое способно отклонять свет от источника, когда свет движется к наблюдателю. Этот эффект известен как гравитационное линзирование, а величина изгиба - одно из предсказаний общей теории относительности Альберта Эйнштейна . (Классическая физика также предсказывает искривление света, но только половина от того, что предсказывает общая теория относительности.)
Хотя Эйнштейн провел неопубликованные расчеты по этому вопросу в 1912 году, Орест Хвольсон (1924) и (1936), как правило, считается наиболее подходящим. первым, чтобы обсудить эффект в печати. Однако этот эффект чаще связывают с Эйнштейном, который опубликовал статью на эту тему. в 1936 г.
Фриц Цвикки в 1937 г. утверждал, что этот эффект может позволить скоплениям галактик действовать как гравитационные линзы. Лишь в 1979 году этот эффект был подтвержден наблюдением так называемого Twin QSO SBS 0957 + 561.
Воспроизвести медиа Гравитационное линзирование - промежуточная галактика изменяет внешний вид галактики далеко позади нее (видео; концепция художника). 
Воспроизвести На этом схематическом изображении показано, как свет от далекой галактики искажается гравитационными эффектами галактики переднего плана, которая действует как линзу и заставляет удаленный источник казаться искаженным, но увеличенным, образуя характерные световые кольца, известные как кольца Эйнштейна. 
Воспроизвести медиа Анализ искажения SDP.81, вызванного этим эффектом, выявил звездообразование сгустки материи. В отличие от оптической линзы, точечная гравитационная линза производит максимум отклонение света, который проходит ближе всего к его центру, и минимальное отклонение света, проходящего дальше всего от его центра. Следовательно, у гравитационной линзы нет единственной точки фокусировки , а есть линия фокусировки. Термин «линза» в контексте гравитационного отклонения света впервые был использован О.Дж. Лодж, который заметил, что «недопустимо говорить, что солнечное гравитационное поле действует как линза, поскольку у него нет фокусного расстояния». Если источник (света), массивный линзирующий объект и наблюдатель лежат на прямой линии, исходный источник света будет выглядеть как кольцо вокруг массивного линзирующего объекта (при условии, что линза имеет круговую симметрию). Если есть какое-либо несовпадение, наблюдатель вместо этого увидит сегмент дуги. Впервые это явление было упомянуто в 1924 г. Св. Петербург физик Орест Хвольсон, и количественно определено Альбертом Эйнштейном в 1936 году. В литературе оно обычно упоминается как кольцо Эйнштейна, поскольку Хвольсон это сделал не заботьтесь о потоке или радиусе кольцевого изображения. Чаще всего, когда линзирующая масса сложна (например, группа галактик или кластер ) и не вызывает сферического искажения пространства-времени, источник будет напоминать частичные дуги, рассеянные вокруг линзы.. Тогда наблюдатель может увидеть несколько искаженных изображений одного и того же источника; их количество и форма зависят от относительного положения источника, линзы и наблюдателя, а также от формы гравитационной ямы линзирующего объекта.
Существует три класса гравитационного линзирования:
1. Сильное линзирование : там, где есть хорошо заметные искажения, такие как образование колец Эйнштейна, дуг и множественных изображений. Несмотря на то, что этот эффект считается «сильным», этот эффект в целом относительно невелик, так что даже галактика с массой более чем в 100 миллиардов массы Солнца будет давать несколько изображений, разделенных всего несколькими угловые секунды. Скопления галактик могут разделять несколько угловых минут. В обоих случаях галактики и источники находятся довольно далеко, на многие сотни мегапарсек от нашей Галактики.
2. Слабое линзирование : где искажения фоновых источников намного меньше и могут быть обнаружены только путем статистического анализа большого количества источников, чтобы найти когерентные искажения всего в несколько процентов. Линзирование статистически проявляется как предпочтительное растяжение фоновых объектов перпендикулярно направлению к центру линзы. Измеряя формы и ориентацию большого количества далеких галактик, их ориентации можно усреднить для измерения сдвига линзирующего поля в любой области. Это, в свою очередь, может быть использовано для восстановления распределения массы в области: в частности, можно восстановить фоновое распределение темной материи. Поскольку галактики по своей природе эллиптические, а слабый сигнал гравитационного линзирования невелик, в этих обзорах необходимо использовать очень большое количество галактик. Эти обзоры с использованием слабого линзирования должны тщательно избегать ряда важных источников систематической ошибки : внутренней формы галактик, тенденции функции рассеяния точки камеры искажать форму галактики и Следует понимать и тщательно учитывать тенденцию атмосферного зрения к искажению изображений. Результаты этих обзоров важны для оценки космологических параметров, для лучшего понимания и улучшения модели Лямбда-CDM, а также для проверки согласованности других космологических наблюдений. Они также могут обеспечить важное будущее ограничение на темную энергию.
3. Микролинзирование : искажение формы не видно, но количество света, получаемого от фонового объекта, изменяется во времени. Объектами линзирования могут быть звезды в Млечном Пути в одном типичном случае, при этом источником фона могут быть звезды в удаленной галактике или, в другом случае, еще более далекий квазар. В крайних случаях звезда в далекой галактике может действовать как микролинза и увеличивать другую звезду намного дальше. Первым примером этого была звезда MACS_J1149_Lensed_Star_1 (также известная как Икар), которая на сегодняшний день является самой далекой из когда-либо наблюдаемых звезд благодаря усилению потока из-за эффекта микролинзирования.
Гравитационные линзы одинаково действуют на все виды электромагнитного излучения, не только на видимый свет, но и на неэлектромагнитное излучение, такое как гравитационные волны. Эффекты слабого линзирования изучаются для космического микроволнового фона, а также в обзорах галактик. Сильные линзы наблюдались также в режимах радио и рентгеновского излучения. Если сильная линза дает несколько изображений, между двумя путями будет относительная временная задержка: то есть на одном изображении объект в линзе будет наблюдаться раньше, чем на другом.
Одна из фотографий Эддингтона эксперимента 1919 солнечного затмения, представленная в его статье 1920 года, объявляющей об его успехе Генри Кавендиш в 1784 г. (в неопубликованной рукописи) и Иоганн Георг фон Зольднер в 1801 г. (опубликовано в 1804 г.) указали, что ньютоновская гравитация предсказывает, что звездный свет будет огибать массивный объект, как уже предполагалось Исаак Ньютон в 1704 году в его Queries №1 в своей книге Opticks. То же значение, что и у Сольднера, было вычислено Эйнштейном в 1911 году на основе только принципа эквивалентности. Однако Эйнштейн заметил в 1915 году, в процессе завершения общей теории относительности, что его (и, следовательно, результат Зольднера) 1911 года составляет лишь половину правильного значения. Эйнштейн стал первым, кто рассчитал правильное значение для отклонения света.
Первое наблюдение отклонения света было выполнено путем наблюдения за изменением положения звезд, когда они проходили около Солнца на небесная сфера. Наблюдения проводились в 1919 году Артуром Эддингтоном, Фрэнком Уотсоном Дайсоном и их сотрудниками во время полного солнечного затмения 29 мая. Солнечное затмение позволило наблюдать звезды около Солнца. Наблюдения проводились одновременно в городах Собрал, Сеара, Бразилия, и в Сан-Томе и Принсипи на западном побережье Африки. Наблюдения показали, что свет от звезд, проходящих близко к Солнцу, был слегка изогнут, так что звезды выглядели немного смещенными.
Изгиб света вокруг массивного объекта издалека источник. Оранжевые стрелки показывают видимое положение источника фона. Белые стрелки показывают путь света от истинного положения источника. 
В образовании, известном как Крест Эйнштейна, четыре изображения одного и того же далекого квазара появляются вокруг галактики переднего плана из-за сильной гравитации линзирование. Результат был признан впечатляющей новостью и попал на первые полосы большинства крупных газет. Это сделало Эйнштейна и его общую теорию относительности всемирно известной. На вопрос его помощника, какова была бы его реакция, если бы общая теория относительности не была подтверждена Эддингтоном и Дайсоном в 1919 году, Эйнштейн сказал: «Тогда мне было бы жаль дорогого Господа. Теория в любом случае верна». В 1912 году Эйнштейн предположил, что наблюдатель может видеть несколько изображений одного источника света, если свет отклоняется от массы. Этот эффект заставит массу действовать как своего рода гравитационная линза. Однако, поскольку он рассматривал только эффект отклонения вокруг одиночной звезды, он, казалось, пришел к выводу, что это явление вряд ли будет наблюдаться в обозримом будущем, поскольку необходимое выравнивание между звездами и наблюдателем будет крайне маловероятным. Несколько других физиков также размышляли о гравитационном линзировании, но все пришли к одному и тому же выводу, что его почти невозможно наблюдать.
Хотя Эйнштейн сделал неопубликованные расчеты по этому поводу, первое обсуждение гравитационной линзы в печати было Хвольсона, в короткой статье, в которой обсуждается «эффект ореола» гравитации, когда источник, линза и наблюдатель находятся в почти идеальном положении, которое теперь называется кольцом Эйнштейна.
. В 1936 году, после некоторых призывов со стороны Руди В. Мандл, Эйнштейн неохотно опубликовал в журнале Science короткую статью «Линзовидное действие звезды из-за отклонения света в гравитационном поле».
В 1937 году Фриц Цвикки сначала рассмотрел случай, когда недавно открытые галактики (которые в то время назывались `` туманностями '') могли действовать и как источник, и как линза, и что из-за их массы и размеров эффект был значительным.
В 1963 году Ю. Г. Климов, С. Либес и Сьюр Рефсдал независимо друг от друга признали, что квазары являются идеальным источником света для эффекта гравитационной линзы.
Только в 1979 г. появилась первая гравитационная линза. обнаружен. Он стал известен как «Twin QSO », поскольку изначально выглядел как два идентичных квазизвездных объекта. (Он официально называется SBS 0957 + 561.) Эта гравитационная линза была обнаружена Деннисом Уолшем, Бобом Карсвеллом и Рэем Вейманном с помощью Китта. Национальная обсерватория Пик 2,1 метра телескоп.
В 1980-х годах астрономы поняли, что сочетание ПЗС-формирователей изображений и компьютеров позволит измерять яркость миллионов звезд каждую ночь. В плотном поле, таком как центр Галактики или Магеллановы облака, потенциально может быть обнаружено множество событий микролинзирования в год. Это привело к таким усилиям, как Эксперимент по оптическому гравитационному линзированию или OGLE, которые охарактеризовали сотни таких событий, включая события OGLE-2016-BLG-1190Lb и OGLE- 2016-BLG-1195Lb.
Моделирование гравитационного линзирования (черная дыра, проходящая перед фоновой галактикой). В общей теории относительности свет следует кривизне пространства-времени, следовательно, когда свет проходит вокруг массивного предмета он изгибается. Это означает, что свет от объекта на другой стороне будет направлен в сторону глаза наблюдателя, как обычная линза. В общей теории относительности скорость света зависит от гравитационного потенциала (он же метрика), и это искривление можно рассматривать как следствие движения света по градиенту скорости света. Световые лучи - это граница между будущим, космосом и прошлым. Гравитационное притяжение можно рассматривать как движение невозмущенных объектов на фоне изогнутой геометрии или, альтернативно, как реакцию объектов на силу в плоской геометрии. Угол отклонения составляет:
в сторону массы M на расстоянии r от пораженного излучения, где G - универсальная постоянная гравитации, а c - скорость света в вакууме. Эта формула идентична формуле для слабого гравитационного линзирования, полученной с использованием релятивистской ньютоновской динамики без искривления пространства-времени.
Поскольку радиус Шварцшильда 
Это изображение, полученное с космического телескопа Хаббл НАСА / ЕКА, показывает скопление галактик. Большинство гравитационных линз в прошлом были обнаружены случайно. Поиск гравитационных линз в северном полушарии (Cosmic Lens All Sky Survey, CLASS), проведенный в радиочастотах с использованием очень большой матрицы (VLA) в Нью-Мексико, привел к открытию 22 новых систем линзирования, что стало важной вехой. Это открыло совершенно новый путь для исследований, начиная от поиска очень далеких объектов до определения значений космологических параметров, чтобы мы могли лучше понять Вселенную.
Подобные поиски в южном полушарии были бы очень хорошим шагом на пути к дополнению поисков в северном полушарии, а также к достижению других целей для изучения. Если такой поиск проводится с использованием хорошо откалиброванных и хорошо параметризованных инструментов и данных, можно ожидать результата, аналогичного северному исследованию. Использование данных обзора Австралийского телескопа 20 ГГц (AT20G), собранных с помощью Австралийского телескопа Compact Array (ATCA), является таким набором данных. Поскольку данные были собраны с использованием одного и того же инструмента, поддерживающего очень строгое качество данных, мы должны ожидать получения хороших результатов от поиска. Обзор AT20G - это слепой обзор на частоте 20 ГГц в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Из-за использования высокой частоты вероятность обнаружения гравитационных линз возрастает по мере увеличения относительного количества компактных ядерных объектов (например, квазаров) (Sadler et al. 2006). Это важно, поскольку линзирование легче обнаружить и идентифицировать в простых объектах по сравнению со сложными объектами. Этот поиск включает использование интерферометрических методов для идентификации кандидатов и последующего наблюдения за ними с более высоким разрешением для их идентификации. Полная информация о проекте в настоящее время находится в разработке для публикации.
Скопление галактик SDSS J0915 + 3826 помогает астрономам изучать звездообразование в галактиках. Методы микролинзирования использовались для поиска планет за пределами нашей солнечной системы. Статистический анализ конкретных случаев наблюдаемого микролинзирования за период с 2002 по 2007 гг. Показал, что большинство звезд в галактике Млечный Путь находились по крайней мере с одной планетой, вращающейся по орбите в пределах от 0,5 до 10 а.>В статье 2009 года в Science Daily группа ученых во главе с космологом из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США добилась значительного прогресса в расширении использования гравитационного линзирования для изучения гораздо более старых и меньших структур, чем это было возможно ранее. заявляя, что слабое гравитационное линзирование улучшает измерения далеких галактик.
Астрономы из Института Макса Планка по астрономии в Гейдельберге, Германия, результаты которого приняты к публикации 21 октября 2013 г. в Astrophysical Journal Letters (arXiv.org), обнаружена самая далекая в то время галактика с гравитационной линзой, названная J1000 + 0221 с использованием космического телескопа Хаббла НАСА pe. Хотя она остается самой далекой из известных галактик с линзированием с четырьмя изображениями, еще более далекая галактика с линзированием с двумя изображениями была впоследствии обнаружена международной группой астрономов с помощью комбинации космического телескопа Хаббла и телескопа Кека. визуализация и спектроскопия. Об открытии и анализе линзы IRC 0218 было опубликовано в Astrophysical Journal Letters 23 июня 2014 года.
Исследование опубликовано 30 сентября 2013 года в онлайн-издании. из Physical Review Letters, под руководством Университета Макгилла в Монреале, Квебек, Канада, обнаружил B-режимы, которые образуются из-за эффекта гравитационного линзирования с помощью телескопа Южного полюса Национального научного фонда Национального научного фонда и с помощью космической обсерватории Гершеля. Это открытие откроет возможности для проверки теорий происхождения нашей Вселенной.
Abell 2744 скопление галактик - чрезвычайно далекие галактики, обнаруженные с помощью гравитационного линзирования (16 октября 2014 г.). Альберт Эйнштейн в 1936 году предсказал, что лучи света с того же направления, что огибают края Солнца, будут сходиться в точка фокусировки приблизительно 542 а.е. от Солнца. Таким образом, зонд, расположенный на таком расстоянии (или большем) от Солнца, может использовать Солнце в качестве гравитационной линзы для увеличения удаленных объектов на противоположной стороне Солнца. Местоположение зонда может изменяться по мере необходимости для выбора различных целей относительно Солнца.
Это расстояние намного превосходит прогресс и возможности оборудования космических зондов, таких как Voyager 1, и выходит за рамки известных планет и карликовых планет, хотя и за тысячи лет 90377 Sedna будет двигаться дальше по своей высокоэллиптической орбите. Высокое усиление для потенциального обнаружения сигналов через эту линзу, таких как микроволны на 21-сантиметровой линии водорода, привело к предположению Фрэнка Дрейка в первые дни SETI что зонд может быть отправлен на такое расстояние. Многоцелевой зонд SETISAIL, а затем FOCAL был предложен ЕКА в 1993 году, но ожидается, что это будет трудная задача. Если зонд действительно проходит 542 а.е., увеличивающие возможности линзы будут продолжать действовать на более дальних расстояниях, поскольку лучи, которые попадают в фокус на больших расстояниях, проходят дальше от искажений короны Солнца. Критика концепции была дана Лэндисом, который обсудил такие вопросы, как интерференция солнечной короны, большое увеличение цели, которое затруднит проектирование фокальной плоскости миссии, и анализ присущей сферической аберрации. объектива.
В 2020 году физик НАСА Слава Турышев представил свою идею прямого многопиксельного изображения и спектроскопии экзопланеты с помощью миссии с солнечной гравитационной линзой. Объектив может реконструировать изображение экзопланеты с разрешением поверхности в масштабе ~ 25 км, достаточным, чтобы увидеть детали поверхности и признаки обитаемости.
Скопление галактик MACS J2129-0741 и линзовая галактика MACS2129-1 Kaiser, Squires and Broadhurst (1995), Luppino Kaiser (1997) и Hoekstra et al. (1998) предписали метод инвертировать эффекты размытия и сдвига функции рассеяния точки (PSF), восстановив оценщик сдвига, не загрязненный систематическим искажением PSF. Этот метод (KSB +) является наиболее широко используемым методом измерения сдвига при слабом линзировании.
Галактики имеют случайное вращение и наклон. В результате эффекты сдвига при слабом линзировании должны определяться статистически предпочтительными ориентациями. Основной источник ошибок в измерениях линз происходит из-за свертки PSF с линзируемым изображением. Метод KSB измеряет эллиптичность изображения галактики. Сдвиг пропорционален эллиптичности. Объекты на линзовых изображениях параметризованы в соответствии с их взвешенными квадрупольными моментами. Для идеального эллипса взвешенные квадрупольные моменты связаны с взвешенной эллиптичностью. KSB вычисляет, как взвешенная мера эллиптичности связана со сдвигом, и использует тот же формализм для устранения эффектов PSF.
Основными преимуществами KSB являются его математическая простота и относительно простая реализация. Однако KSB основан на ключевом предположении, что PSF имеет форму круга с анизотропным искажением. Это разумное предположение для съемок космического сдвига, но для следующего поколения съемок (например, LSST ) может потребоваться гораздо лучшая точность, чем может обеспечить KSB.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Гравитационным линзированием. |
Галактика дуги солнечных лучей.
Квазар с гравитационной линзой.
В SDSS J0952 + 3434, нижняя дуга -образная галактика имеет характерную форму галактики, подвергшейся гравитационному линзированию.
Искаженная и искаженная вокруг SDSS J1050 + 0017.
Галактика SPT0615-JD существовала, когда Вселенной было всего 500 миллионов лет старый.
Области интенсивного звездообразования, которые кажутся искаженными из-за эффекта гравитационного линзирования.
Феномен линзирования позволяет обнаруживать объекты размером всего около 100 световых лет или меньше.
Детальный взгляд на гравитационное линзирование сверхновая типа Ia.
"Смайлик" изображение скопления галактик (SDSS J1038 + 4849) и гравитационного линзирования (кольцо Эйнштейна ) (HST ).
Abell 1689 - фактические эффекты гравитационного линзирования (Космический телескоп Хаббла ).
Распределение темной материи - слабое гравитационное линзирование (Космический телескоп Хаббла ).
Гравитационная линза обнаружена при красном смещении z = 1,53.
Гравитационная линза с уравнениями Эйнштейна, Музей Бурхаве, Лейден
График гравитационного линзирования (8 января 2020 г.)
Далекие галактики с гравитационным линзированием. | journal =() | Викискладе есть средства массовой информации, связанные с гравитационным линзы. |
