Русская Википедия:Кольцо Эйнштейна

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:A Horseshoe Einstein Ring from Hubble.JPG
Космическая подкова (снимок телескопа «Хаббл»)

Кольцо Эйнштейна, также кольцо Эйнштейна — Хвольсона — изображение какого-либо источника света (галактика, звезда и т. п.), искажённое до кольцеобразной формы под действием более близкого объекта очень большой массы (например, другой галактики или чёрной дыры) в результате гравитационного линзирования[1][2]. Явление возникает, когда источник излучения, объект-линза и наблюдатель находятся на одной прямой.

Первое полное кольцо Эйнштейна, обозначаемое B1938+666, было открыто в рамках совместной работы астрономов Университета Манчестера и наблюдателей на телескопе Хаббл в 1998 году[3].

Введение

Гравитационное линзирование предсказано Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Свет от источника движется не строго по прямой линии (в трёхмерном пространстве), но его траектория изгибается при наличии массивного тела, искривляющего пространство-время. Кольцо Эйнштейна представляет собой особый тип гравитационного линзирования, вызванного точным расположением источника, линзы и наблюдателя вдоль одной прямой. Такая конфигурация приводит к симметрии изображения вокруг объекта-линзы и выглядит как кольцеобразная структура.

Файл:Gravitational lens geometry.svg
Геометрия гравитационной линзы

Размер кольца Эйнштейна задаётся радиусом Эйнштейна. В радианах его значение равно

<math>\theta_1 = \sqrt{\frac{4GM}{c^2}\;\frac{d_{LS}}{d_L d_S}},</math>

где

<math>G</math> — гравитационная постоянная,
<math>M</math> — масса линзирующего объекта,
<math>c</math> — скорость света,
<math>d_L</math> — угловое расстояние до линзы,
<math>d_S</math> — угловое расстояние до источника
<math>d_{LS}</math> — угловое расстояние между линзой и источником.

Заметим, что в общем случае <math>d_{LS}\ne d_S-d_L</math>. Шаблон:-

История

Файл:ALMA image of the gravitationally lensed galaxy SDP.81..jpg
Результат гравитационного линзирования галактики SDP.81, полученный телескопами ALMA[4]

Искривление света гравитирующим телом было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1912 году, за несколько лет до публикации общей теории относительности в 1916 году (Renn et al. 1997). Кольцеобразное явление впервые было упомянуто Орестом Хвольсоном в короткой статье 1924 года, в котором автор указывал на «эффект гало», возникающий при расположении источника, объекта-линзы и наблюдателя вдоль одной прямой[5]. Эйнштейн отметил этот эффект в 1936 году в статье, идея которой была навеяна письмом чехословацкого инженера Р. В. Мандля[6], при этом утверждая, что наблюдать такое явление практически невозможно из-за необходимости как точного расположения объектов и наблюдателя вдоль одной прямой, так и малой разрешающей способности инструментов наблюдения. Однако Эйнштейн рассматривал только линзирование света звёздами, а такое явление действительно маловероятно наблюдать. Но линзирование галактиками или чёрными дырами наблюдать проще вследствие большего размера кольца Эйнштейна.

На данный момент, по-видимому, не было наблюдений линзирования света звезды другой звездой, но существует 45 % вероятность пронаблюдать такое явление в начале мая 2028 года, когда Альфа Центавра A пройдет между Солнцем и более далёкой красной звездой[7].

Известные кольца Эйнштейна

Файл:HST-Smiling-GalaxyClusterSDSS-J1038+4849-20150210.jpg
«Смайлик» или «Чеширский Кот»: изображение скопления галактик (SDSS J1038+4849) и результата гравитационного линзирования ими (кольцо Эйнштейна), открытое международной группой исследователей,[8] снимок телескопа Хаббл[9]

В настоящее время известны сотни явлений гравитационного линзирования. Среди них есть фрагменты колец Эйнштейна с диаметрами до угловой секунды. Поскольку в общем случае распределение массы в объекте-линзе не является абсолютно осесимметричным или же источник, линза и наблюдатель не находятся строго на одной прямой, то мы не наблюдаем идеального кольца Эйнштейна. Большинство колец было открыто в радиодиапазоне.

Первое кольцо Эйнштейна открыли Хьюитт и др. (1988), наблюдавшие радиоисточник MG1131+0456 на телескопах Very Large Array. Наблюдение показало, что квазар линзируется близкой галактикой, что приводит к возникновению двух очень похожих изображений одного и того же объекта. Изображения вытянуты вокруг объекта-линзы почти в полное кольцо.[10] Такие двойные изображения также могут быть следствием неколлинеарного расположения источника, линзы и наблюдателя.

Первым открытым полным кольцом Эйнштейна стало B1938+666, обнаруженное Кингом и др. (1998) по оптическим данным после наблюдения линзы, проведенного на инструменте MERLIN.[3][11] Галактика, чьё влияние приводит к формированию линзированного изображения B1938+666, является старой эллиптической галактикой, а линзируемый объект представляет собой тёмную карликовую галактику-спутник, которую в отсутствии линзирования мы не смогли бы пронаблюдать при современной технике.[12]

Файл:Einstein Rings (Cropped).jpg
Некоторые кольца Эйнштейна, наблюдавшиеся в обзоре SLACS

В 2005 году совместная работа в рамках обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и телескопа Хаббл использовалась в обзоре Sloan Lens ACS (SLACS), что привело к обнаружению 19 новых гравитационных линз, 8 из которых обладали кольцами Эйнштейна,[13] они показаны на изображении справа. По состоянию на 2009 год в рамках обзора были найдены 85 гравитационных линз.[14] Данный обзор позволил обнаружить наибольшее количество колец Эйнштейна в оптическом диапазоне, среди которых

  • FOR J0332-3557, открытое Remi Cabanac и др. в 2005 году,[15] примечательно большим красным смещением, что позволяет использовать объект для исследования ранних этапов развития Вселенной.
  • «Космическая подкова» является частичным кольцом Эйнштейна, наблюдавшимся у линзы LRG 3-757, крупной яркой красной галактики. Открыто в 2007 году В. Белокуровым и др.[16]
  • SDSSJ0946+1006, «двойное кольцо Эйнштейна» открыто в 2008 году Рафаэлем Гавации и Томассо Трю[17] и примечательно наличием нескольких колец вокруг одной гравитационной линзы.
Файл:Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy.jpg
Кольцо Эйнштейна SDP.81 и линзированная галактика[18]

Другим примером является радио-/рентгеновское кольцо вокруг PKS 1830—211, неожиданно яркое в радиодиапазоне.[19] Кольцо открыли в рентгеновском диапазоне Varsha Gupta и др. по наблюдениям телескопа Чандра.[20] Это первый случай наблюдения квазара, линзированного видимой почти плашмя спиральной галактикой.[21]

Также существует радиокольцо вокруг галактики MG1654+1346, изображение в кольце является изображением радиолопасти квазара, открытого в 1989 году G.Langston и др.[22]

Кратные кольца

Файл:SDSSJ0946+1006.jpg
SDSSJ0946+1006 является примером двойного кольца Эйнштейна. Изображение получено HST/NASA/ESA

Рафаэль Гавацци из STScI и Томмасо Трю из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре по данным телескопа Хаббл обнаружили двойное кольцо Эйнштейна. Излучение приходит от трёх галактик на расстоянии 3,6 и 11 млрд световых лет. Такие кольца помогают исследовать распределение тёмной материи, тёмной энергии, изучать природу далёких галактик и кривизну Вселенной. Шанс обнаружить такое кольцо оценивается как 1 к Шаблон:Val. Наличие 50 двойных колец позволит астрономам более точно определить распределение тёмной материи и уравнение состояния тёмной энергии.[23]

Моделирование

Файл:EnsteinRingZoomOptimised.gif
Кольца Эйнштейна вблизи чёрной дыры

Справа представлено изображение по данным моделирования прохождения чёрной дыры Шварцшильда в плоскости Млечного Пути между нами и центром Галактики. Первое кольцо Эйнштейна является очень сильно деформированным участком изображения и показывает галактический диск. При увеличении видна серия из 4 дополнительных колец с уменьшающейся шириной по мере приближения к тени чёрной дыры. Эти кольца также представляют собой изображения диска Галактики. Первое и третье кольцо соответствуют точкам за чёрной дырой (с точки зрения наблюдателя) и соответствуют яркой жёлтой области диска Галактики (ближе к центру), а второе и четвёртое кольцо соответствуют изображениям объектов за наблюдателем, кажущихся более голубыми из-за меньшей толщины галактического диска.

Галерея

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Шаблон:Cite news
  2. ↑ Шаблон:Cite news
  3. ↑ 3,0 3,1 Шаблон:Cite web
  4. ↑ Шаблон:Cite news
  5. ↑ Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Cite web
  7. ↑ Шаблон:Статья
  8. ↑ Шаблон:Статья
  9. ↑ Шаблон:Cite web
  10. ↑ Шаблон:Cite web
  11. ↑ Шаблон:Cite news
  12. ↑ Шаблон:Статья
  13. ↑ Шаблон:Cite web
  14. ↑ Шаблон:Статья
  15. ↑ Шаблон:Статья
  16. ↑ Шаблон:Статья
  17. ↑ Шаблон:Статья
  18. ↑ Шаблон:Cite web
  19. ↑ Шаблон:Статья
  20. ↑ Шаблон:Cite web
  21. ↑ Шаблон:Статья
  22. ↑ Шаблон:Статья
  23. ↑ Шаблон:Cite web
  24. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Кольцо_Эйнштейна&oldid=10151508