Mi a gravitációs lencsézés?

Ha a gravitáció a végletekig fokozódik, érdekes vizuális effektusokat hozhat létre, amelyek megfigyelésére a Hubble jól alkalmas. Einstein általános relativitáselmélete leírja, hogy a tömegkoncentrációk hogyan torzítják a körülöttük lévő teret. Gravitációs lencse akkor keletkezhet, ha egy hatalmas anyagmennyiség, például egy galaxishalmaz, olyan gravitációs mezőt hoz létre, amely eltorzítja és felnagyítja a mögötte lévő, de ugyanabban a látóirányban lévő távoli galaxisok fényét. A hatás olyan, mintha egy óriási nagyítón keresztül néznénk. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tanulmányozzák a korai galaxisok részleteit, amelyek túl messze vannak ahhoz, hogy a jelenlegi technológiával és távcsövekkel láthatóak legyenek.

A mintegy 4 milliárd fényévre lévő Abell 370 galaxishalmaz több száz galaxis elképesztő választékát tartalmazza, amelyeket a gravitáció kölcsönös vonzása köt össze. A galaxisok közé gabalyodva titokzatosnak tűnő, kék fényű íveket láthatunk. Ezek valójában a halmaz mögötti távoli galaxisok torz képei. Ezek a távoli galaxisok túl halványak ahhoz, hogy a Hubble közvetlenül láthassa őket. Ehelyett a halmaz gravitációja hatalmas lencseként hat a térben, amely a háttérgalaxisok képeit felnagyítja és szétfeszíti, mint egy vásári tükör. Közel 100 távoli galaxis többszörös képet mutat a lencsehatás miatt. A legmegdöbbentőbb példa a “Sárkány”, egy olyan kiterjedt jelenség, amely valószínűleg egyetlen háttérspirálgalaxis több megkettőzött képe, egy ív mentén megnyújtva. A csillagászok azért választották az Abell 370-et a Hubble célpontjául, mert gravitációs lencsehatását fel lehet használni a korai világegyetemben lakott távoli galaxisok vizsgálatára. Credit: NASA, ESA, and J. Lotz and the HFF Team (STScI) NEWS RELEASE: 2017-20 >

Kisebb objektumok, például egyes csillagok, szintén gravitációs lencseként viselkedhetnek, amikor távolabbi csillagok előtt haladnak el. Néhány napra vagy hétre a távolabbi csillag fénye átmenetileg fényesebbnek tűnik, mert a közelebbi objektum gravitációja felnagyítja. Ezt a hatást gravitációs mikrolencsézésnek nevezik.

A gravitációs lencsézés legegyszerűbb típusa akkor következik be, amikor a középpontban egyetlen anyagkoncentráció van, például egy galaxis sűrű magja. Egy távoli galaxis fénye átterelődik e mag körül, gyakran többszörös képet alkotva a háttérgalaxisról. Ha a lencsézés megközelíti a tökéletes szimmetriát, akkor egy teljes vagy majdnem teljes fénykör keletkezik, amelyet Einstein-gyűrűnek nevezünk. A Hubble-megfigyelések segítségével jelentősen megnőtt a csillagászok által ismert Einstein-gyűrűk száma.

A masszív galaxishalmazok megfigyelései során bonyolultabb gravitációs lencsézés jön létre. Bár az anyag eloszlásának egy galaxishalmazban általában van egy középpontja, az sosem körszimmetrikus, és jelentősen göcsörtös lehet. A háttérgalaxisokat a halmaz lencsézi, és képeik gyakran rövid, vékony “lencsézett ívek” formájában jelennek meg a halmaz peremén.

Ezek a lencsézett képek a galaxishalmazon belüli anyageloszlás szondáiként is működnek. Az eredmények arra utalnak, hogy a galaxishalmazban lévő anyag nagy része nem a látható galaxisokban vagy a körülöttük lévő forró gázban van, és nem bocsát ki fényt, ezért sötét anyagnak nevezik. A lencseképek eloszlása az összes anyag eloszlását tükrözi, mind a látható, mind a sötét anyagét. A Hubble gravitációs lencseképek segítségével térképeket készítettek a galaxishalmazokban lévő sötét anyagról.

A galaxishalmazban lévő anyag térképe viszont segít a gravitációs lencseképek jobb megértésében és elemzésében. Az anyageloszlás modellje segíthet azonosítani ugyanannak a galaxisnak a többszörös képét, vagy megjósolni, hogy a legtávolabbi galaxisok valószínűleg hol jelennek meg egy galaxishalmaz képén. A csillagászok a gravitációs lencsék és a halmazok anyageloszlása között dolgoznak, hogy mindkettőt jobban megértsük.

Mivel a nagyon távoli galaxisok nagyon halványak, a gravitációs lencsék mélyebbre kiterjesztik a Hubble látóterét a világegyetemben. A gravitációs lencsézés nemcsak eltorzítja a háttérgalaxis képét, hanem fel is erősítheti annak fényét. Egy lencséző galaxishalmazon keresztül nézve a Hubble halványabb és távolabbi galaxisokat láthat, mint amire egyébként lehetőség lenne. Olyan ez, mintha lenne egy extra lencse, amely akkora, mint a galaxishalmaz. A Frontier Fields projekt több galaxishalmaz vizsgálatát végezte el, megmérte lencsézettségüket és anyageloszlásukat, és azonosította e legtávolabbi galaxisok gyűjteményét.

A keresztek, gyűrűk, ívek és egyebek változatos, lencsézett képei egyszerre érdekesek és tanulságosak. A gravitációs lencsézés a galaxisok és galaxishalmazok anyageloszlását vizsgálja, és lehetővé teszi a távoli világegyetem megfigyelését. A Hubble adatai alapot és útmutatást nyújtanak majd a James Webb űrteleszkóp számára is, amelynek infravörös megfigyelései még messzebbre hatolnak a kozmoszba.

A bal oldalon a Hubble űrteleszkóp képe a Cl 0024+17 galaxishalmazról. Jobbra ugyanezt a képet a halmaz tömegeloszlásának térképével átfedve. A térképen látható gyűrűszerű struktúra az egyik legerősebb bizonyíték a sötét anyag létezésére. Credit: NASA, ESA, M. J. Jee és H. Ford (Johns Hopkins Egyetem) HÍRHATÁR: 2007-17 >
Egy világító vörös galaxis (LRG) gravitációja gravitációsan eltorzította egy sokkal távolabbi kék galaxis fényét. Jellemzőbb, hogy az ilyen fényelhajlás a távoli galaxis két jól kivehető képét eredményezi, de itt a lencse igazítása olyan pontos, hogy a háttérgalaxis patkóvá torzul – egy majdnem teljes gyűrűvé. Hitel: ESA/Hubble & NASA

NASA

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.