Co to jest soczewkowanie grawitacyjne?
Grawitacja, doprowadzona do ekstremum, może tworzyć intrygujące efekty wizualne, do których obserwowania Hubble’a jest dobrze przystosowany. Ogólna teoria względności Einsteina opisuje, w jaki sposób skupiska mas zniekształcają przestrzeń wokół nich. Soczewka grawitacyjna może powstać, gdy ogromna ilość materii, taka jak gromada galaktyk, wytwarza pole grawitacyjne, które zniekształca i powiększa światło odległych galaktyk znajdujących się za nią, ale na tej samej linii widzenia. Efekt ten jest jak patrzenie przez gigantyczne szkło powiększające. Pozwala on naukowcom badać szczegóły wczesnych galaktyk zbyt odległych, by można je było dostrzec za pomocą obecnej technologii i teleskopów.
Mniejsze obiekty, jak pojedyncze gwiazdy, mogą również działać jak soczewki grawitacyjne, gdy przechodzą przed bardziej odległymi gwiazdami. Przez kilka dni lub tygodni światło z bardziej odległej gwiazdy tymczasowo wydaje się jaśniejsze, ponieważ jest powiększone przez grawitację bliższego obiektu. Efekt ten znany jest jako mikrosoczewkowanie grawitacyjne.
Najprostszy typ soczewkowania grawitacyjnego występuje, gdy w centrum znajduje się pojedyncza koncentracja materii, taka jak gęste jądro galaktyki. Światło odległej galaktyki jest przekierowywane wokół tego jądra, często dając wiele obrazów galaktyki tła. Gdy soczewkowanie zbliża się do idealnej symetrii, powstaje kompletny lub prawie kompletny krąg światła, zwany pierścieniem Einsteina. Obserwacje Hubble’a przyczyniły się do znacznego zwiększenia liczby znanych astronomom pierścieni Einsteina.
Bardziej złożone soczewkowanie grawitacyjne pojawia się w obserwacjach masywnych gromad galaktyk. Podczas gdy rozkład materii w gromadzie galaktyk na ogół ma centrum, nigdy nie jest koliście symetryczny i może być znacząco nierówny. Galaktyki tła są soczewkowane przez gromadę i ich obrazy często pojawiają się jako krótkie, cienkie „zogniskowane łuki” wokół obrzeży gromady.
Te soczewkowane obrazy działają również jako sondy rozkładu materii w gromadzie galaktyk. Wyniki wskazują, że większość materii w gromadzie galaktyk nie znajduje się w widocznych galaktykach lub gorącym gazie wokół nich i nie emituje światła, dlatego nazywana jest ciemną materią. Rozkład obrazów soczewkowanych odzwierciedla rozkład całej materii, zarówno widzialnej, jak i ciemnej. Obrazy soczewkowania grawitacyjnego Hubble’a zostały wykorzystane do stworzenia map ciemnej materii w gromadach galaktyk.
Z kolei mapa materii w gromadzie galaktyk pomaga zapewnić lepsze zrozumienie i analizę obrazów soczewkowanych grawitacyjnie. Model rozkładu materii może pomóc w identyfikacji wielu obrazów tej samej galaktyki lub przewidzieć, gdzie na obrazie gromady galaktyk pojawią się najbardziej odległe galaktyki. Astronomowie pracują pomiędzy soczewkami grawitacyjnymi a rozkładem materii w gromadach, aby poprawić nasze zrozumienie obu tych zjawisk.
Ponieważ bardzo odległe galaktyki są bardzo słabe, soczewki grawitacyjne rozszerzają widok Hubble’a w głąb Wszechświata. Soczewkowanie grawitacyjne nie tylko zniekształca obraz galaktyki tła, ale może również wzmocnić jej światło. Patrząc przez soczewkującą gromadę galaktyk, Hubble może dostrzec słabsze i bardziej odległe galaktyki niż byłoby to możliwe w innych warunkach. Jest to tak, jakbyśmy mieli dodatkową soczewkę o rozmiarach gromady galaktyk. W ramach projektu Frontier Fields zbadano wiele gromad galaktyk, zmierzono ich soczewkowanie i rozkład materii oraz zidentyfikowano kolekcję tych najbardziej odległych galaktyk.
Różnorodne, zogniskowane obrazy krzyży, pierścieni, łuków i innych są zarówno intrygujące, jak i pouczające. Soczewkowanie grawitacyjne bada rozkład materii w galaktykach i gromadach galaktyk, a także umożliwia obserwacje odległego wszechświata. Dane z Hubble’a będą również podstawą i wskazówką dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, którego obserwacje w podczerwieni pozwolą sięgnąć jeszcze dalej w kosmos.
