Hvad er gravitationsobservation?
Når tyngdekraften er ekstrem, kan den skabe nogle fascinerende visuelle effekter, som Hubbles er velegnet til at observere. Einsteins generelle relativitetsteori beskriver, hvordan massekoncentrationer forvrænger rummet omkring dem. En gravitationslinse kan opstå, når en stor mængde stof, som f.eks. en galaksehob, skaber et gravitationsfelt, der forvrænger og forstørrer lyset fra fjerne galakser, der befinder sig bagved, men i samme sigtelinje. Effekten er som at se gennem et gigantisk forstørrelsesglas. Det giver forskerne mulighed for at studere detaljerne i tidlige galakser, der er for langt væk til at kunne ses med den nuværende teknologi og teleskoper.
Mindre objekter, som f.eks. enkelte stjerner, kan også fungere som gravitationslinser, når de passerer foran fjernere stjerner. I nogle få dage eller uger virker lyset fra den fjernere stjerne midlertidigt lysere, fordi det forstørres af tyngdekraften fra det tættere objekt. Denne effekt er kendt som gravitationel mikrolinsning.
Den enkleste type gravitationslinsning opstår, når der er en enkelt koncentration af stof i centrum, som f.eks. den tætte kerne i en galakse. Lyset fra en fjern galakse omdirigeres rundt om denne kerne, hvilket ofte giver flere billeder af baggrundsgalaksen. Når linsen nærmer sig perfekt symmetri, opstår der en komplet eller næsten komplet cirkel af lys, en såkaldt Einstein-ring. Hubble-observationer har været med til at øge antallet af Einsteinringe, som astronomerne har kendskab til, betydeligt.
Mere kompleks gravitationslinsning opstår i observationer af massive galaksehobe. Selv om fordelingen af stof i en galaksehob generelt har et centrum, er den aldrig cirkulært symmetrisk og kan være betydeligt klumpet. Baggrundsgalakserne bliver linset af galaksehobbyen, og deres billeder vises ofte som korte, tynde “linsede buer” rundt om udkanten af galaksehobbyen.
Disse linsede billeder fungerer også som sonder af stoffordelingen i galaksehobbyen. Resultaterne tyder på, at det meste af stoffet i en galaksehob ikke befinder sig i de synlige galakser eller den varme gas omkring dem og ikke udsender lys, og derfor kaldes det mørke stof. Fordelingen af linsede billeder afspejler fordelingen af alt stof, både synligt og mørkt stof. Hubbles billeder af gravitationslinser er blevet brugt til at skabe kort over mørkt stof i galaksehobe.
Til gengæld er et kort over stoffet i en galaksehob med til at give en bedre forståelse og analyse af de gravitationelt linsede billeder. En model af stoffordelingen kan hjælpe med at identificere flere billeder af den samme galakse eller forudsige, hvor de fjerneste galakser sandsynligvis vil optræde i et billede af en galaksehob. Astronomer arbejder mellem de gravitationelle linser og klyngens stoffordeling for at forbedre vores forståelse af begge dele.
Da meget fjerne galakser er meget svage, udvider de gravitationelle linser Hubbles udsyn dybere ind i universet. Gravitationslinser forvrænger ikke blot billedet af en baggrundsgalakse, de kan også forstærke dens lys. Når Hubble ser gennem en linsende galaksehob, kan han se svagere og fjernere galakser end ellers muligt. Det er som at have en ekstra linse, der er lige så stor som galaksehoppen. Frontier Fields-projektet har undersøgt flere galaksehobe, målt deres linsning og stoffordeling og identificeret en samling af disse fjerneste galakser.
De forskellige, linsede billeder af kors, ringe, buer og meget mere er både spændende og informative. Gravitationslinser undersøger fordelingen af stof i galakser og galaksehobe og muliggør observationer af det fjerne univers. Hubbles data vil også danne grundlag for og være vejledende for James Webb-rumteleskopet, hvis infrarøde observationer vil føre endnu længere ud i kosmos.
