Mitä on gravitaatiolensointi?
Kun painovoima viedään äärimmäisyyksiin, se voi luoda kiehtovia visuaalisia efektejä, joiden havainnointiin Hubble soveltuu hyvin. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria kuvaa, miten massakeskittymät vääristävät ympäröivää avaruutta. Gravitaatiolinssi voi syntyä, kun valtava määrä ainetta, kuten galaksijoukko, luo gravitaatiokentän, joka vääristää ja suurentaa sen takana, mutta samalla näköyhteydellä olevien kaukaisten galaksien valoa. Vaikutus on kuin katsoisi jättimäisen suurennuslasin läpi. Sen avulla tutkijat voivat tutkia varhaisten galaksien yksityiskohtia, jotka ovat liian kaukana, jotta niitä voitaisiin nähdä nykyisellä tekniikalla ja nykyisillä teleskoopeilla.
Pienemmät kohteet, kuten yksittäiset tähdet, voivat myös toimia gravitaatiolinsseinä kulkiessaan kaukaisempien tähtien edessä. Muutaman päivän tai viikon ajan kaukaisemman tähden valo näyttää tilapäisesti kirkkaammalta, koska lähempänä olevan kohteen painovoima suurentaa sitä. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä gravitaatiomikrolisenssi.
Yksinkertaisin gravitaatiolinssi-ilmiö syntyy, kun keskipisteessä, kuten galaksin tiheässä ytimessä, on yksi ainoa ainekeskittymä. Kaukaisen galaksin valo ohjautuu tämän ytimen ympärille, mikä usein tuottaa useita kuvia taustagalaksista. Kun linssi-ilmiö lähestyy täydellistä symmetriaa, syntyy täydellinen tai lähes täydellinen valoympyrä, jota kutsutaan Einsteinin renkaaksi. Hubble-havaintojen ansiosta tähtitieteilijöiden tuntemien Einsteinin renkaiden määrä on kasvanut huomattavasti.
Monimutkaisempi gravitaatiolinssi syntyy massiivisten galaksijoukkojen havainnoissa. Vaikka galaksijoukon ainejakaumalla on yleensä keskipiste, se ei ole koskaan ympyräsymmetrinen ja voi olla huomattavan kokkareinen. Taustagalaksit linssiytyvät tähtijoukkoon, ja niiden kuvat näkyvät usein lyhyinä, ohuina ”linssikaarina” tähtijoukon laitamilla.
Nämä linssikuvat toimivat myös luotaintena galaksijoukon aineen jakautumisesta. Tulokset osoittavat, että suurin osa galaksijoukon aineesta ei ole näkyvissä galakseissa tai niiden ympärillä olevassa kuumassa kaasussa eikä säteile valoa, ja sitä kutsutaan siksi pimeäksi aineeksi. Linssikuvien jakauma kuvastaa kaiken aineen, sekä näkyvän että pimeän, jakaumaa. Hubblen gravitaatiolinssejä kuvaavia kuvia on käytetty luomaan karttoja galaksijoukkojen pimeästä aineesta.
Kartta galaksijoukon sisältämästä aineesta auttaa puolestaan ymmärtämään ja analysoimaan paremmin gravitaatiolinssejä kuvaavia kuvia. Ainejakauman malli voi auttaa tunnistamaan useita kuvia samasta galaksista tai ennustamaan, missä kaukaisimmat galaksit todennäköisesti näkyvät galaksijoukon kuvassa. Tähtitieteilijät työskentelevät gravitaatiolinssien ja galaksijoukon ainejakauman välillä parantaakseen ymmärrystämme molemmista.
Koska hyvin kaukaiset galaksit ovat hyvin heikkoja, gravitaatiolinssit laajentavat Hubblen näkymää syvemmälle maailmankaikkeuteen. Gravitaatiolinssi ei ainoastaan vääristä taustagalaksin kuvaa, vaan se voi myös voimistaa sen valoa. Kun Hubble katsoo linssejä muodostavan galaksijoukon läpi, se voi nähdä himmeämpiä ja kaukaisempia galakseja kuin muuten olisi mahdollista. Se on kuin ylimääräinen linssi, joka on galaksijoukon kokoinen. Frontier Fields -hankkeessa on tutkittu useita galaksijoukkoja, mitattu niiden linssi- ja ainejakaumaa ja tunnistettu kokoelma näitä kaukaisimpia galakseja.
Monipuoliset linssikuvat risteistä, renkaista, kaarista ja muista ovat sekä kiehtovia että informatiivisia. Gravitaatiolinssi luotaa aineen jakautumista galakseissa ja galaksijoukoissa ja mahdollistaa havainnot kaukaisesta maailmankaikkeudesta. Hubblen tiedot toimivat myös pohjana ja ohjenuorana James Webb -avaruusteleskoopille, jonka infrapunahavainnot puskevat vielä kauemmas kosmokseen.
NASA