重力レンズ効果とは
極限状態になると、重力はハッブル宇宙望遠鏡の観測に適した興味深い視覚効果を生み出すことがあります。 アインシュタインの一般相対性理論では、質量の集中が周囲の空間をどのように歪ませるかが説明されています。 銀河団のような巨大な物質が重力場を作り出し、その背後にある同じ視線上にある遠方の銀河からの光を歪めて拡大することで、重力レンズが発生することがあります。 この効果は、まるで巨大な虫眼鏡を通して見ているようなものです。
個々の星のように小さな天体も、より遠い星の前を通るときに重力レンズとして機能することがあります。 数日または数週間、より遠い星からの光は、より近い天体の重力によって拡大されるため、一時的に明るく見えます。 この効果は重力マイクロレンズとして知られている。
最も単純なタイプの重力レンズは、銀河の高密度の核のような中心に物質の集中があるときに起こる。 遠方の銀河の光はこの核を中心に方向転換され、背景の銀河の像が複数現れることが多い。 レンズ作用が完全な対称性に近づくと、アインシュタインリングと呼ばれる完全またはほぼ完全な光の輪が作られます。 ハッブル宇宙望遠鏡の観測により、アインシュタイン・リングの数は大幅に増加しました。
より複雑な重力レンズは、巨大な銀河団の観測で生じます。 銀河団の物質分布は一般に中心を持つが、決して円対称ではなく、著しく不均一であることがある。 そのため、背景となる銀河は銀河団のレンズ効果により、銀河団の周辺に細く短い「レンズ効果による円弧」として現れることが多いのです。
これらのレンズ像は、銀河団内の物質分布のプローブとしても機能します。 その結果、銀河団内の物質のほとんどは、目に見える銀河やその周りの高温のガスにはなく、光を発しないものであることがわかり、暗黒物質と呼ばれるようになった。 レンズ像の分布は、可視・暗黒を問わず、すべての物質の分布を反映しているのです。 ハッブルの重力レンズの画像は、銀河団の暗黒物質の地図を作るのに使われています。
その一方で、銀河団の物質の地図は、重力レンズの画像のより良い理解と分析を提供するのに役立っています。 物質分布のモデルは、同じ銀河の複数の画像を識別したり、銀河団の画像の中で最も遠くにある銀河がどこに現れるかを予測したりするのに役立ちます。 重力レンズと銀河団の物質分布の間で、天文学者は両者の理解を深めるために研究を進めています。
非常に遠い銀河は非常に暗いので、重力レンズはハッブルの視野を宇宙の奥深くまで広げます。 重力レンズは、背景となる銀河の像を歪めるだけでなく、その光を増幅させることができます。 重力レンズを持つ銀河団を通すことで、ハッブルは他の方法では見ることのできない、より暗く、より遠い銀河を見ることができるのです。 これは、銀河団と同じ大きさのレンズがもう一つあるようなものです。 フロンティアフィールド・プロジェクトでは、複数の銀河団を調べ、そのレンズ効果と物質分布を測定し、これらの最も遠い銀河のコレクションを同定しました。 重力レンズは、銀河や銀河団における物質の分布を探り、遠方宇宙の観測を可能にします。
