Interested Article - Кольцо Эйнштейна

lauretta
  • 2021-02-01
  • 1

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 . 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 .

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.

Геометрия гравитационной линзы

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

θ 1 = 4 G M c 2 d L S d L d S , {\displaystyle \theta _{1}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {d_{LS}}{d_{L}d_{S}}}}},}

где

G {\displaystyle G} — гравитационная постоянная ,
M {\displaystyle M} — масса линзирующего объекта,
c {\displaystyle c} — скорость света,
d L {\displaystyle d_{L}} — угловое расстояние до линзы,
d S {\displaystyle d_{S}} — угловое расстояние до источника
d L S {\displaystyle d_{LS}} — угловое расстояние между линзой и источником.

Заметим, что в общем случае d L S ≠ d S − d L {\displaystyle d_{LS}\neq d_{S}-d_{L}} .

История

Результат гравитационного линзирования галактики SDP.81, полученный телескопами ALMA

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 . Эйнштейн отметил этот эффект в 1936 году в статье, идея которой была навеяна письмом чехословацкого инженера Р. В. Мандля , 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 .

Известные кольца Эйнштейна

«Смайлик» или « Чеширский Кот »: изображение скопления галактик (SDSS J1038+4849) и результата гравитационного линзирования ими (кольцо Эйнштейна), открытое международной группой исследователей, снимок телескопа Хаббл

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 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. Такие двойные изображения также могут быть следствием неколлинеарного расположения источника, линзы и наблюдателя.

Первым открытым полным кольцом Эйнштейна стало , обнаруженное Кингом и др. (1998) по оптическим данным после наблюдения линзы, проведенного на инструменте MERLIN . 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.

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, они показаны на изображении справа. По состоянию на 2009 год в рамках обзора были найдены 85 гравитационных линз. Данный обзор позволил обнаружить наибольшее количество колец Эйнштейна в оптическом диапазоне, среди которых

  • , открытое Remi Cabanac и др. в 2005 году, 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.
  • SDSSJ0946+1006 , «двойное кольцо Эйнштейна» открыто в 2008 году Рафаэлем Гавации и Томассо Трю и примечательно наличием нескольких колец вокруг одной гравитационной линзы.
Кольцо Эйнштейна SDP.81 и линзированная галактика

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

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

Кратные кольца

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 10 000 . Наличие 50 двойных колец позволит астрономам более точно определить распределение тёмной материи и уравнение состояния тёмной энергии.

Моделирование

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

  • Арки вокруг SDSSJ0146-0929 представляют собой фрагменты кольца Эйнштейна.[24]
    Арки вокруг SDSSJ0146-0929 представляют собой фрагменты кольца Эйнштейна.
  • Моделирование прохождения чёрной дыры перед галактикой
    Моделирование прохождения чёрной дыры перед галактикой

Примечания

  1. , The New York Times (5 марта 2015). 16 октября 2017 года. Дата обращения: 27 декабря 2015.
  2. Overbye, Dennis . , The New York Times (5 марта 2015). 13 июня 2018 года. Дата обращения: 5 марта 2015.
  3. ↑ (неопр.) . University of Manchester (27 марта 1998). Дата обращения: 17 сентября 2019. 14 декабря 2019 года.
  4. , ESO Announcement . 16 апреля 2015 года. Дата обращения: 22 апреля 2015.
  5. Turner, Christina (неопр.) (14 февраля 2006). 25 июля 2008 года.
  6. (неопр.) . Дата обращения: 17 сентября 2019. 10 июля 2007 года.
  7. P. Kervella et al. Close stellar conjunctions of α Centauri A and B until 2050 (англ.) // Astronomy and Astrophysics . — 2016. — 19 October (vol. 594). — P. A107 . — doi : . — arXiv : .
  8. Belokurov, V. et al. Two new large-separation gravitational lenses from SDSS (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . — Oxford University Press , 2009. — January (vol. 392 , no. 1). — P. 104—112 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  9. Loff, Sarah; Dunbar, Brian (неопр.) . NASA (10 февраля 2015). Дата обращения: 10 февраля 2015. 11 февраля 2015 года.
  10. (неопр.) . (2000). Дата обращения: 8 февраля 2012. 20 декабря 2011 года.
  11. Browne, Malcolm W. . , The New York Times (31 марта 1998). Дата обращения: 1 мая 2010.
  12. Vegetti, Simona et al. Gravitational detection of a low-mass dark satellite at cosmological distance (англ.) // Nature . — 2012. — January (vol. 481 , no. 7381). — P. 341—343 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  13. Bolton A. et al. (неопр.) . Hubblesite . Дата обращения: 16 июля 2014. 27 июля 2014 года.
  14. Auger, Matt et al. The Sloan Lens ACS Survey. IX. Colors, Lensing and Stellar Masses of Early-type Galaxies (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 2009. — November (vol. 705 , no. 2). — P. 1099—1115 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  15. Cabanac, Remi et al. Discovery of a high-redshift Einstein ring (англ.) // Astronomy and Astrophysics . — 2005. — 27 April (vol. 436 , no. 2). — P. L21—L25 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  16. Belokurov, V. et al. The Cosmic Horseshoe: Discovery of an Einstein Ring around a Giant Luminous Red Galaxy (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 2007. — December (vol. 671 , no. 1). — P. L9—L12 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  17. Gavazzi, Raphael et al. The Sloan Lens ACS Survey. VI: Discovery and Analysis of a Double Einstein Ring (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 2008. — April (vol. 677 , no. 2). — P. 1046—1059 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  18. (неопр.) . Дата обращения: 9 июня 2015. 12 июня 2015 года.
  19. Mathur, Smita; Nair, Sunita. (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 1997. — 20 July (vol. 484 , no. 1). — P. 140—144 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  20. Gupta, Varsha (неопр.) . ResearchGate.net . Дата обращения: 16 июля 2014.
  21. Courbin, Frederic. Cosmic alignment towards the radio Einstein ring PKS 1830-211 ? (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 2002. — August (vol. 575 , no. 1). — P. 95—102 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  22. Langston, G.I. et al. MG 1654+1346 - an Einstein Ring image of a quasar radio lobe (англ.) // Astronomical Journal . — 1989. — May (vol. 97). — P. 1283—1290 . — doi : . — Bibcode : .
  23. (неопр.) . Hubblesite.org . Space Telescope Science Institute . Дата обращения: 26 января 2008. 27 ноября 2016 года.
  24. (неопр.) . www.spacetelescope.org . Дата обращения: 2 апреля 2018. 1 июля 2019 года.

Литература

  • Cabanac, R. A. et al. (англ.) // Astronomy and Astrophysics . — 2005. — Vol. 436 , no. 2 . — P. L21—L25 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . (refers to FOR J0332-3357)
  • Chwolson, O. Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne (англ.) // Astronomische Nachrichten . — Wiley-VCH , 1924. — Vol. 221 , no. 20 . — P. 329—330 . — doi : . — Bibcode : . (The first paper to propose rings)
  • (англ.) (. (англ.) // Science. — 1936. — Vol. 84 , no. 2188 . — P. 506—507 . — doi : . — Bibcode : . — . (The famous Einstein Ring paper)
  • Hewitt, J. Unusual radio source MG1131+0456 - A possible Einstein ring (англ.) // Nature. — 1988. — Vol. 333 , no. 6173 . — P. 537—540 . — doi : . — Bibcode : .
  • Renn, Jurgen; Sauer, Tilman; Stachel, John. The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper (англ.) // Science. — 1997. — Vol. 275 , no. 5297 . — P. 184—186 . — doi : . — Bibcode : . — .
  • King, L. A complete infrared Einstein ring in the gravitational lens system B1938 + 666 (англ.) // MNRAS . — 1998. — Vol. 295 , no. 2 . — P. L41—L44 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  • Kochanek, C. S.; Keeton, C. R.; McLeod, B. A. The Importance of Einstein Rings (англ.) // The Astrophysical Journal . — IOP Publishing , 2001. — Vol. 547 , no. 1 . — P. 50—59 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .

Ссылки

  • Barbour, Jeff . , Universe Today (29 апреля 2005). Дата обращения: 15 июня 2006. (refers to FOR J0332-3357)
  • , Science Daily (12 января 2008). Дата обращения: 14 января 2008.

lauretta
  • 2021-02-01
  • 1

Same as Кольцо Эйнштейна

The title for the last searches