Кольцо Эйнштейна (Tkl,ek |wuomywug)

Перейти к навигации Перейти к поиску
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[править | править код]

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

где

 — гравитационная постоянная,
 — масса линзирующего объекта,
 — скорость света,
 — угловое расстояние до линзы,
 — угловое расстояние до источника
 — угловое расстояние между линзой и источником.

Заметим, что в общем случае .

История[править | править код]

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[править | править код]

«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]

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.
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[править | править код]

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.[23]

Моделирование[править | править код]

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[править | править код]

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

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Drakeford, Jason; Corum, Jonathan; Overbye, Dennis (2015-03-05). "Einstein's Telescope - video (02:32)". The New York Times. Архивировано из оригинала 16 октября 2017. Дата обращения: 27 декабря 2015.
  2. ↑ Overbye, Dennis (2015-03-05). "Astronomers Observe Supernova and Find They're Watching Reruns". The New York Times. Архивировано из оригинала 13 июня 2018. Дата обращения: 5 марта 2015.
  3. ↑ 1 2 A Bull's Eye for MERLIN and the Hubble. University of Manchester (27 марта 1998). Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 14 декабря 2019 года.
  4. ↑ "ALMA at Full Stretch Yields Spectacular Images". ESO Announcement. Архивировано из оригинала 16 апреля 2015. Дата обращения: 22 апреля 2015.
  5. ↑ Turner, Christina The Early History of Gravitational Lensing (14 февраля 2006). Архивировано 25 июля 2008 года.
  6. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 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:10.1051/0004-6361/201629201. — arXiv:1610.06079.
  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:10.1111/j.1365-2966.2008.14075.x. — Bibcode: 2009MNRAS.392..104B. — arXiv:0806.4188.
  9. ↑ Loff, Sarah; Dunbar, Brian Hubble Sees A Smiling Lens. NASA (10 февраля 2015). Дата обращения: 10 февраля 2015. Архивировано 11 февраля 2015 года.
  10. ↑ Discovery of the First "Einstein Ring" Gravitational Lens. NRAO (2000). Дата обращения: 8 февраля 2012. Архивировано 20 декабря 2011 года.
  11. ↑ Browne, Malcolm W. (1998-03-31). "'Einstein Ring' Caused by Space Warping Is Found". The New York Times. 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:10.1038/nature10669. — Bibcode: 2012Natur.481..341V. — arXiv:1201.3643. — PMID 22258612.
  13. ↑ Bolton A. et al. Hubble, Sloan Quadruple Number of Known Optical Einstein Rings. Hubblesite. Дата обращения: 16 июля 2014. Архивировано 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:10.1088/0004-637X/705/2/1099. — Bibcode: 2009ApJ...705.1099A. — arXiv:0911.2471.
  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:10.1051/0004-6361:200500115. — Bibcode: 2005A&A...436L..21C. — arXiv:astro-ph/0504585.
  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:10.1086/524948. — Bibcode: 2007ApJ...671L...9B. — arXiv:0706.2326.
  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:10.1086/529541. — Bibcode: 2008ApJ...677.1046G. — arXiv:0801.1555.
  18. ↑ Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy. Дата обращения: 9 июня 2015. Архивировано 12 июня 2015 года.
  19. ↑ Mathur, Smita; Nair, Sunita. X-Ray Absorption toward the Einstein Ring Source PKS 1830-211 (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1997. — 20 July (vol. 484, no. 1). — P. 140—144. — doi:10.1086/304327. — Bibcode: 1997ApJ...484..140M. — arXiv:astro-ph/9703015.
  20. ↑ Gupta, Varsha Chandra Detection of AN X-Ray Einstein Ring in PKS 1830-211. 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:10.1086/341261. — Bibcode: 2002ApJ...575...95C. — arXiv:astro-ph/0202026.
  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:10.1086/115071. — Bibcode: 1989AJ.....97.1283L.
  23. ↑ Hubble Finds Double Einstein Ring. Hubblesite.org. Space Telescope Science Institute. Дата обращения: 26 января 2008. Архивировано 27 ноября 2016 года.
  24. ↑ Cosmic cloning. www.spacetelescope.org. Дата обращения: 2 апреля 2018. Архивировано 1 июля 2019 года.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Кольцо_Эйнштейна&oldid=132988000