Co je to gravitační čočkování?
Pokud je gravitace dovedena do extrému, může vytvářet zajímavé vizuální efekty, k jejichž pozorování je Hubbleův dalekohled velmi vhodný. Einsteinova obecná teorie relativity popisuje, jak koncentrace hmoty deformují prostor kolem sebe. Gravitační čočka může vzniknout, když obrovské množství hmoty, například kupa galaxií, vytvoří gravitační pole, které zkresluje a zvětšuje světlo vzdálených galaxií, které jsou za ní, ale ve stejné přímce pohledu. Tento efekt připomíná pohled přes obří lupu. Umožňuje vědcům studovat detaily raných galaxií, které jsou příliš vzdálené na to, aby je bylo možné pozorovat současnou technologií a teleskopy.
Menší objekty, jako jsou jednotlivé hvězdy, mohou také působit jako gravitační čočky, když procházejí před vzdálenějšími hvězdami. Na několik dní nebo týdnů se světlo vzdálenější hvězdy dočasně jeví jasnější, protože je zvětšeno gravitací bližšího objektu. Tento jev je znám jako gravitační mikročočkování.
Nejjednodušší typ gravitačního čočkování nastává, když je v centru jediná koncentrace hmoty, například husté jádro galaxie. Světlo vzdálené galaxie je přesměrováno kolem tohoto jádra, což často vytváří vícenásobné obrazy galaxie v pozadí. Když se čočkování blíží dokonalé symetrii, vzniká úplný nebo téměř úplný světelný kruh, nazývaný Einsteinův prstenec. Hubbleova pozorování pomohla výrazně zvýšit počet astronomům známých Einsteinových prstenců.
Složitější gravitační čočkování vzniká při pozorování masivních kup galaxií. Rozložení hmoty v kupě galaxií má sice obecně střed, ale nikdy není kruhově symetrické a může být značně hrudkovité. Galaxie v pozadí jsou čočkovány kupou a jejich obrazy se často jeví jako krátké, tenké „čočkované oblouky“ kolem okrajů kupy.
Tyto čočkované obrazy fungují také jako sondy rozložení hmoty v kupě galaxií. Výsledky naznačují, že většina hmoty v kupě galaxií se nenachází ve viditelných galaxiích ani v horkém plynu v jejich okolí a nevyzařuje světlo, a proto se nazývá temná hmota. Rozložení čoček odráží rozložení veškeré hmoty, jak viditelné, tak temné. Hubblovy snímky gravitačního čočkování byly použity k vytvoření map temné hmoty v kupách galaxií.
Mapa hmoty v kupě galaxií zase pomáhá lépe pochopit a analyzovat gravitačně čočkované snímky. Model rozložení hmoty může pomoci identifikovat více snímků téže galaxie nebo předpovědět, kde se na snímku kupy galaxií pravděpodobně objeví nejvzdálenější galaxie. Astronomové pracují mezi gravitačními čočkami a rozložením hmoty kupy galaxií, aby zlepšili naše chápání obou.
Protože velmi vzdálené galaxie jsou velmi slabé, gravitační čočky rozšiřují Hubblův pohled hlouběji do vesmíru. Gravitační čočkování nejenže zkresluje obraz galaxie v pozadí, ale může zesilovat její světlo. Při pohledu přes čočkující kupu galaxií může Hubble vidět slabší a vzdálenější galaxie, než by bylo jinak možné. Je to, jako bychom měli další čočku o velikosti kupy galaxií. Projekt Frontier Fields prozkoumal několik kup galaxií, změřil jejich čočkování a rozložení hmoty a identifikoval sbírku těchto nejvzdálenějších galaxií.
Rozmanité čočkované snímky křížů, prstenců, oblouků a dalších jsou zajímavé i poučné. Gravitační čočkování zkoumá rozložení hmoty v galaxiích a kupách galaxií a umožňuje pozorování vzdáleného vesmíru. Hubbleova data budou také základem a vodítkem pro vesmírný dalekohled Jamese Webba, jehož infračervená pozorování se posunou ještě dále do vesmíru.
