Einsteinin sormus

Einstein-rengas , myös Einstein-Khvolson-rengas  - kuva valonlähteestä ( galaksista , tähdestä jne.), joka on vääristynyt renkaan muotoon lähempänä olevan erittäin suuren massan kohteen (esimerkiksi toinen galaksi tai musta aukko ) vaikutuksesta ) painovoimalinssin seurauksena [1] [2] . Ilmiö syntyy, kun säteilylähde, linssiobjekti ja havainnoija ovat samalla suoralla.

Ensimmäinen täydellinen Einstein-rengas, nimeltään B1938+666, löydettiin Manchesterin yliopiston tähtitieteilijöiden ja Hubble-teleskoopin tarkkailijoiden yhteistyönä vuonna 1998 [3] .

Johdanto

Gravitaatiolinssi ennusti Albert Einsteinin osana yleistä suhteellisuusteoriaa . Lähteestä tuleva valo ei kulje tiukasti suorassa linjassa (kolmiulotteisessa avaruudessa), vaan sen liikerata on taipunut massiivisen, aika-avaruutta taivuttavan kappaleen läsnäollessa. Einsteinin rengas on erityinen gravitaatiolinssi, joka johtuu lähteen, linssin ja havainnoijan tarkasta sijainnista samalla suoralla linjalla. Tämä konfiguraatio johtaa kuvan symmetriaan linssiobjektin ympärillä ja näyttää rengasmaiselta rakenteelta.

Einstein-renkaan koko saadaan Einsteinin säteellä . Radiaaneina sen arvo on

missä

 on gravitaatiovakio ,  on linssiobjektin massa,  on valon nopeus,  on kulmaetäisyys linssiin,  on kulmaetäisyys lähteeseen  on linssin ja lähteen välinen kulmaetäisyys.

Huomaa, että yleisessä tapauksessa .

Historia

Albert Einstein ennusti gravitaatiokappaleen aiheuttaman valon taipumisen vuonna 1912, useita vuosia ennen yleisen suhteellisuusteorian julkaisemista vuonna 1916 (Renn et al. 1997). Orest Khvolson mainitsi renkaan muotoisen ilmiön ensimmäisen kerran lyhyessä artikkelissaan vuonna 1924, jossa kirjoittaja viittasi "haloefektiin", joka syntyy, kun lähde, linssiobjekti ja havainnoija sijaitsevat samalla suoralla viivalla [5] . Einstein totesi tämän vaikutuksen vuonna 1936 artikkelissa, joka on saanut inspiraationsa tšekkoslovakian insinöörin R. V. Mandlin kirjeestä [6] ja väitti, että tällaista ilmiötä on käytännössä mahdotonta havaita, koska tarvitaan sekä esineiden tarkka sijainti että tarkkailija. yksi suora viiva ja matalaresoluutioiset havaintotyökalut. Einstein kuitenkin harkitsi vain tähtien valon linssimistä, ja tällaista ilmiötä on todella epätodennäköistä havaita. Mutta galaksien tai mustien aukkojen linssointi on helpompi havaita Einsteinin renkaan suuremman koon vuoksi.

Tällä hetkellä ei ilmeisesti ole havaittu toisen tähden linssoitumista tähtien valosta, mutta on 45 % todennäköisyys havaita tällainen ilmiö toukokuun alussa 2028, kun Alpha Centauri A kulkee Auringon ja kauempana olevan punaisen tähden välillä. [7] .

Kuuluisat Einstein-sormukset

Tällä hetkellä tunnetaan satoja gravitaatiolinssien ilmiöitä. Niiden joukossa on Einstein-renkaiden fragmentteja, joiden halkaisija on jopa kaarisekunti. Koska yleensä massan jakautuminen linssiobjektissa ei ole ehdottoman akselisymmetrinen tai lähde, linssi ja havainnoija eivät ole tiukasti samalla suoralla linjalla, emme havaitse ihanteellista Einstein-rengasta. Suurin osa renkaista löydettiin radioalueelta.

Ensimmäisen Einstein-renkaan löysivät Hewitt ym. (1988), jotka tarkkailivat radiolähdettä MG1131+0456 Very Large Array -teleskoopeilla . Havainto osoitti, että kvasaari on lähellä sijaitsevan galaksin linssi, mikä johtaa kahteen hyvin samanlaiseen kuvaan samasta kohteesta. Kuvat venytetään objektiivin ympärille lähes täyteen renkaaseen. [10] Tällaiset kaksoiskuvat voivat myös olla seurausta lähteen, linssin ja havainnoinnin ei-kollineaarisesta järjestelystä.

Ensimmäinen löydetty täydellinen Einstein-rengas oli B1938+666 , jonka King ym. (1998) löysivät optisista tiedoista tarkkailtuaan linssiä MERLIN -instrumentilla . [3] [11] Galaksi, jonka vaikutuksesta syntyy linssikuva B1938+666:sta, on vanha elliptinen galaksi , ja linssiobjekti on tumma kääpiösatelliittigalaksi , jota emme pystyisi tarkkailemaan ilman linssiä. moderni teknologia. [12]

Vuonna 2005 Sloan Digital Sky Surveyn (SDSS) ja Hubble-teleskoopin välistä yhteistyötä käytettiin Sloan Lens ACS (SLACS) -tutkimuksessa, joka johti 19 uuden painovoimalinssin löytämiseen, joista kahdeksassa oli Einstein-renkaat [13] . ] ne näkyvät oikealla olevassa kuvassa. Vuodesta 2009 mennessä tutkimuksessa on löydetty 85 painovoimalinssiä. [14] Tämä tarkastelu mahdollisti suurimman määrän Einstein-renkaita optisella alueella, mukaan lukien

Toinen esimerkki on radio/röntgenrengas PKS 1830-211:n ympärillä, joka on odottamattoman kirkas radiossa. [19] Varsha Gupta ym. löysivät renkaan röntgensäteilyltä Chandra -teleskoopin havaintojen avulla . [20] Tämä on ensimmäinen kerta, kun kvasaari on havaittu lähes kasvot päällä olevan spiraaligalaksin objektiivina . [21]

Galaksin MG1654+1346 ympärillä on myös radiorengas , renkaassa oleva kuva on kuva G. Langstonin ym. vuonna 1989 löytämästä kvasaarin radioterästä [22] .

Useita renkaita

Rafael Gavazzi STScI :stä ja Tommaso Trew Kalifornian yliopistosta Santa Barbarassa ovat löytäneet kaksois-Einstein-renkaan käyttämällä Hubble-teleskoopin tietoja. Säteily tulee kolmesta galaksista, jotka sijaitsevat 3,6 ja 11 miljardin valovuoden etäisyydellä. Tällaiset renkaat auttavat tutkimaan pimeän aineen jakaumaa , pimeää energiaa , tutkimaan kaukaisten galaksien luonnetta ja universumin kaarevuutta . Mahdollisuuden löytää tällainen sormus on arvioitu olevan 1:10 000 . 50 kaksoisrenkaan läsnäolo antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden määrittää tarkemmin pimeän aineen jakautumisen ja pimeän energian tilayhtälön. [23]

Mallintaminen

Oikealla on kuva simulaatiosta Schwarzschildin mustan aukon kulkemisesta Linnunradan tasossa meidän ja galaksin keskustan välillä. Ensimmäinen Einstein-rengas on kuvan erittäin voimakkaasti epämuodostunut alue ja siinä näkyy galaktinen kiekko . Kun zoomataan, 4 lisärenkaan sarja on näkyvissä, ja niiden leveys pienenee, kun se lähestyy mustan aukon varjoa. Nämä renkaat ovat myös kuvia Galaxyn levystä. Ensimmäinen ja kolmas rengas vastaavat mustan aukon takana olevia pisteitä (tarkkailijan näkökulmasta) ja vastaavat Galaktisen kiekon kirkkaan keltaista aluetta (lähempänä keskustaa), ja toinen ja neljäs rengas vastaavat kuvia tarkkailijan takana olevat esineet, jotka näyttävät sinisemmiltä ohuemman galaktisen levyn vuoksi.

Galleria

Muistiinpanot

  1. ↑ Einsteinin teleskooppi - video (02:32) , The New York Times  (5. maaliskuuta 2015). Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2017. Haettu 27. joulukuuta 2015.
  2. ↑ Heippa, Dennis . Tähtitieteilijät tarkkailevat supernovaa ja löytävät he katsovat uusintoja , The New York Times  (5. maaliskuuta 2015). Arkistoitu alkuperäisestä 13. kesäkuuta 2018. Haettu 5. maaliskuuta 2015.
  3. ↑ 1 2 Häränsilmä MERLINille ja Hubblelle . Manchesterin yliopisto (27. maaliskuuta 1998). Haettu 17. syyskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 14. joulukuuta 2019.
  4. ↑ ALMA Full Stretch Yields Spectacular Images , ESO:n ilmoitus . Arkistoitu alkuperäisestä 16. huhtikuuta 2015. Haettu 22. huhtikuuta 2015.
  5. ↑ Turner, Christina Gravitational Lensingin varhainen historia (14. helmikuuta 2006). Arkistoitu alkuperäisestä 25. heinäkuuta 2008.
  6. ↑ Arkistoitu kopio . Haettu 17. syyskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 10. heinäkuuta 2007.
  7. ↑ P. Kervella et ai. Sulje α Centauri A:n ja B:n tähtikonjunktiot vuoteen 2050 asti  // Tähtitiede ja astrofysiikka  . - 2016. - 19. lokakuuta ( nide 594 ). — P. A107 . - doi : 10.1051/0004-6361/201629201 . - arXiv : 1610.06079 .
  8. ↑ Belokurov, V. et ai. Kaksi uutta suuren erotuksen painovoimalinssiä SDSS:ltä  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . - Oxford University Press , 2009. - tammikuu ( osa 392 , nro 1 ). - s. 104-112 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.14075.x . - . - arXiv : 0806.4188 .
  9. ↑ Loff, Sarah; Dunbar, Brian Hubble näkee hymyilevän linssin . NASA (10. helmikuuta 2015). Haettu 10. helmikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 11. helmikuuta 2015.
  10. ↑ Ensimmäisen "Einstein-renkaan" gravitaatiolinssin löytö . NRAO (2000). Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 20. joulukuuta 2011.
  11. ↑ Browne, Malcolm W. . Avaruuden vääntymisen aiheuttama "Einstein Ring" on löydetty , The New York Times  (31. maaliskuuta 1998). Haettu 1.5.2010.
  12. ↑ Vegetti, Simona et al. Pienimassaisen pimeän satelliitin gravitaatiohavaitseminen kosmologisella etäisyydellä   // Luonto . - 2012. - tammikuu ( osa 481 , nro 7381 ). - s. 341-343 . - doi : 10.1038/luonto10669 . — . - arXiv : 1201.3643 . — PMID 22258612 .
  13. ↑ Bolton A. et ai. Hubble, Sloan nelinkertainen tunnettujen optisten Einstein-renkaiden määrä . Hubblen sivusto . Käyttöpäivä: 16. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 27. heinäkuuta 2014.
  14. ↑ Auger, Matt et ai. Sloan Lens ACS -tutkimus. IX. Varhaisen tyypin galaksien värit, linssit ja tähtimassat  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2009. - Marraskuu ( nide 705 , nro 2 ). - P. 1099-1115 . - doi : 10.1088/0004-637X/705/2/1099 . - . - arXiv : 0911.2471 .
  15. ↑ Cabanac, Remi et al. Korkean punasiirtymän Einstein-renkaan löytö  // Tähtitiede ja astrofysiikka  . - 2005. - 27. huhtikuuta ( nide 436 , nro 2 ). - P.L21-L25 . - doi : 10.1051/0004-6361:200500115 . - . - arXiv : astro-ph/0504585 .
  16. ↑ Belokurov, V. et ai. Kosminen hevosenkenkä: Einstein-renkaan löytö jättiläismäisen punaisen galaksin ympäriltä  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2007. - Joulukuu ( nide 671 , nro 1 ). -P.L9- L12 . - doi : 10.1086/524948 . - . - arXiv : 0706.2326 .
  17. ↑ Gavazzi, Raphael et ai. Sloan Lens ACS -tutkimus. VI: Kaksois-Einstein-renkaan löytäminen ja analyysi  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2008. - Huhtikuu ( nide 677 , nro 2 ). - s. 1046-1059 . - doi : 10.1086/529541 . - . - arXiv : 0801.1555 .
  18. ↑ Montaasi SDP.81 Einsteinin renkaasta ja linssoidusta galaksista . Haettu 9. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 12. kesäkuuta 2015.
  19. ↑ Mathur, Smita; Nair, Sunita. Röntgenabsorptio kohti Einstein-rengasta lähdettä PKS 1830-211  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1997. - 20. heinäkuuta ( nide 484 , nro 1 ). - s. 140-144 . - doi : 10.1086/304327 . - . — arXiv : astro-ph/9703015 .
  20. ↑ Gupta, Varsha Chandra Röntgen-Einstein-renkaan havaitseminen PKS:ssä 1830-211 . ResearchGate.net . Haettu: 16. heinäkuuta 2014.
  21. ↑ Courbin, Frederic. Kosminen kohdistus radion Einstein-renkaaseen PKS 1830-211 ? (englanniksi)  // The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2002. - Elokuu ( nide 575 , nro 1 ). - s. 95-102 . - doi : 10.1086/341261 . - . - arXiv : astro-ph/0202026 .
  22. ↑ Langston, G.I. et ai. MG 1654+1346 - Einstein-renkaan kuva kvasaariradiokeirasta  // Astronomical  Journal . - 1989. - toukokuu ( nide 97 ). - s. 1283-1290 . - doi : 10.1086/115071 . - .
  23. ↑ Hubble löytää kaksois-Einstein-sormuksen . Hubblesite.org . Space Telescope Science Institute . Haettu 26. tammikuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 27. marraskuuta 2016.
  24. ↑ Kosminen kloonaus . www.spacetelescope.org . Haettu 2. huhtikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 1. heinäkuuta 2019.

Kirjallisuus

Linkit