Что, если кольцо вокруг галактики — это на самом деле другая галактика? Гравитация может искривить свет далёкого объекта в круг, растянуть его в дугу или заставить один и тот же объект появиться в нескольких местах. Чтение этих искажённых изображений позволяет астрономам исследовать как далёкий источник, так и материю между ним и Землёй.
Линза, сделанная из гравитации
Стеклянная линза меняет путь света, проходящего через неё. Гравитационная линза делает нечто подобное, но сделана из массы, а не из стекла. Гравитация галактики, скопления галактик или даже отдельной звезды искривляет пространство вокруг себя, и свет следует по этому искривлённому пути.
Результат зависит от выравнивания трёх вещей: далёкого источника, объекта на переднем плане, который искривляет свет, и телескопа, наблюдающего с Земли. Небольшое изменение в этом выравнивании может дать смещённое изображение, растянутую дугу, несколько отдельных изображений или почти полное кольцо.
Гравитационное линзирование — прямое следствие общей теории относительности. Оно было предсказано в начале XX века и позже подтверждено, когда наблюдения показали, что звёздный свет отклоняется гравитацией Солнца. Сегодня астрономы используют этот эффект по всей Вселенной.
Почему фоновый объект может выглядеть ярче
Галактика на переднем плане не создаёт дополнительного света. Она перенаправляет свет, который иначе прошёл бы в другом месте. При правильном расположении часть этого света фокусируется в нашу сторону, заставляя далёкий источник казаться ярче или крупнее, чем без линзы.
Это увеличение может сделать чрезвычайно слабые галактики доступными для телескопов. Оно также растягивает их изображения в дуги, позволяя астрономам рассмотреть структуры, которые были бы слишком малы, чтобы разрешить их на истинном расстоянии.
Линза может искажать изображение, даже когда фоновая галактика выровнена не идеально. Скопление может создать несколько дуг вокруг своего центра, тогда как меньшая линзирующая галактика может создать набор отдельных изображений одного и того же фонового объекта. Сравнение этих изображений может выявить, сколько массы сосредоточено в системе на переднем плане.
Что такое кольцо Эйнштейна?
Кольцо Эйнштейна образуется, когда источник, линза и наблюдатель выстраиваются почти точно. Свет от фонового объекта искривляется вокруг массы переднего плана со всех направлений, поэтому телескоп видит круг света вокруг линзирующей галактики.
Идеальное выравнивание редко, поэтому полные кольца необычны. Большинство систем производят частичные кольца или изогнутые дуги. Название происходит от общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая предсказала эффект, хотя технологий, необходимых для его наблюдения, тогда ещё не существовало.
Яркий пример окружает NGC 6505 — галактику примерно в 590 миллионах световых лет от нас. Кольцо — это свет от отдельной галактики в 4,42 миллиарда световых лет. В отчёте ESA от февраля 2025 года исследователи описали, как Euclid выявил это выравнивание в галактике, известной астрономам с 1884 года. Знакомый объект переднего плана скрывал незнакомый вид далёкой Вселенной.
Линзирование может выявить тёмную материю
Видимые звёзды в скоплении галактик составляют лишь часть его массы. Если скопление искривляет фоновый свет сильнее, чем могла бы объяснить его видимая материя, недостающую массу можно картографировать через искажение. Это один из способов, которыми астрономы прослеживают тёмную материю, которая не излучает и не отражает свет обычным образом.
Слабое линзирование более тонко. Вместо создания очевидных дуг гравитация многих структур переднего плана слегка растягивает формы тысяч фоновых галактик. Эффект слишком мал, чтобы идентифицировать его в одной галактике, но статистические паттерны в большом обзоре могут выявить, как распределена материя.
Сильное и слабое линзирование отвечают на разные вопросы. Сильное линзирование делает отдельные системы видимыми и может увеличивать далёкие галактики. Слабое линзирование измеряет среднее распределение массы по огромным областям пространства. Вместе они превращают формы фоновых галактик в карту структуры Вселенной.
Естественная машина времени
Свету требуется время, чтобы путешествовать, поэтому линзированная фоновая галактика — это уже взгляд в прошлое. Линза может сделать этот древний свет легче обнаружимым, давая астрономам шанс изучить галактики из периода, когда они были молоды и всё ещё формировались.
Геометрия также может создавать разные пути для света от одного и того же меняющегося объекта. Если сверхновая или переменный квазар появляется в нескольких линзированных изображениях, вспышки могут достигать Земли в разное время. Измерение этих задержек даёт информацию о линзе и, в некоторых случаях, помогает ограничить скорость расширения Вселенной.
Таким образом, гравитационное линзирование выполняет несколько задач одновременно. Оно проверяет описание гравитации Эйнштейном, выявляет невидимую массу, увеличивает далёкую Вселенную и превращает пространство между галактикой и телескопом в часть инструмента. Эффект не является особым трюком одной обсерватории; это естественное следствие того, как материя формирует пространство и как свет движется через него.
Источники и материалы для дальнейшего чтения
Материал подготовлен на основе публикации Curiosmos, отчёта ESA от февраля 2025 года о наблюдениях Euclid, а также данных общей теории относительности и исследований гравитационного линзирования.
Ваш комментарий