Ang gravitational lens ay isang pamamahagi ng bagay (halimbawa, isang kumpol ng mga kalawakan) sa pagitan ng isang malayong pinagmumulan ng liwanag, na may kakayahang ibaluktot ang ningning mula sa satellite, na dumadaan patungo sa tumitingin, at ng nagmamasid. Ang epektong ito ay kilala bilang gravitational lensing, at ang dami ng bending ay isa sa mga hula ni Albert Einstein sa pangkalahatang relativity. Pinag-uusapan din ng klasikal na pisika ang tungkol sa pagyuko ng liwanag, ngunit kalahati lang iyon ng pinag-uusapan ng pangkalahatang relativity.
Creator
Bagaman si Einstein ay gumawa ng hindi nai-publish na mga kalkulasyon sa paksang ito noong 1912, ang Orest Chwolson (1924) at František Link (1936) ay karaniwang itinuturing na unang nagpahayag ng epekto ng gravitational lens. Gayunpaman, mas madalas siyang nauugnay kay Einstein, na naglathala ng isang papel noong 1936.
Pagkukumpirma ng teorya
Iminungkahi ni Fritz Zwicky noong 1937 na ang epektong ito ay maaaring magbigay-daan sa mga kumpol ng kalawakan na kumilos bilang isang gravitational lens. Noong 1979 lamang, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nakumpirma sa pamamagitan ng pagmamasid ng quasar Twin QSO SBS 0957 + 561.
Paglalarawan
Hindi tulad ng optical lens, ang gravitational lens ay gumagawa ng maximum deflection ng liwanag na dumadaan sa pinakamalapit sa gitna nito. At ang minimum ng isa na umaabot pa. Samakatuwid, ang isang gravitational lens ay walang iisang focal point, ngunit mayroon itong linya. Ang terminong ito sa konteksto ng light deflection ay unang ginamit ni O. J. Lodge. Sinabi niya na "hindi katanggap-tanggap na sabihin na ang gravitational lens ng araw ay kumikilos sa ganitong paraan, dahil ang bituin ay walang focal length."
Kung ang pinagmulan, ang napakalaking bagay, at ang nagmamasid ay nakahiga sa isang tuwid na linya, ang pinagmulan ng liwanag ay lilitaw bilang isang singsing sa paligid ng bagay. Kung mayroong anumang offset, ang segment lang ang makikita sa halip. Ang gravitational lens na ito ay unang binanggit noong 1924 sa St. Petersburg ng physicist na si Orest Khvolson at ayon sa dami ay ginawa ni Albert Einstein noong 1936. Karaniwang tinutukoy sa panitikan bilang Albert rings, dahil ang una ay hindi nababahala sa daloy o radius ng imahe.
Kadalasan, kapag ang lensing mass ay kumplikado (tulad ng isang pangkat ng mga kalawakan o isang kumpol) at hindi nagiging sanhi ng spherical distortion ng space-time, ang pinagmulan ay magiging katuladbahagyang mga arko na nakakalat sa paligid ng lens. Ang tagamasid ay maaaring makakita ng maramihang na-resize na mga larawan ng parehong bagay. Ang kanilang bilang at hugis ay nakadepende sa relatibong posisyon, gayundin sa simulation ng gravitational lens.
Tatlong klase
1. Malakas na lensing.
Kung saan may mga madaling nakikitang distortion, gaya ng pagbuo ng mga Einstein ring, arc, at maraming larawan.
2. Mahina ang lens.
Kung saan ang pagbabago sa mga pinagmumulan ng background ay mas maliit at maaari lamang makita sa pamamagitan ng istatistikal na pagsusuri ng isang malaking bilang ng mga bagay upang makahanap lamang ng ilang porsyentong magkakaugnay na data. Ipinapakita ng lens sa istatistika kung paano ang gustong pag-unat ng mga materyales sa background ay patayo sa direksyon patungo sa gitna. Sa pamamagitan ng pagsukat sa hugis at oryentasyon ng isang malaking bilang ng malalayong galaxy, ang kanilang mga lokasyon ay maaaring i-average upang masukat ang lensing field shift sa anumang rehiyon. Ito, sa turn, ay maaaring magamit upang muling buuin ang pamamahagi ng masa: sa partikular, ang paghihiwalay sa background ng madilim na bagay ay maaaring muling itayo. Dahil ang mga kalawakan ay likas na elliptical at ang mahinang gravitational lensing signal ay maliit, napakaraming bilang ng mga galaxy ang dapat gamitin sa mga pag-aaral na ito. Ang mahinang data ng lens ay dapat na maingat na iwasan ang ilang mahahalagang pinagmumulan ng bias: panloob na hugis, ang tendency ng point spread function ng camera na mag-distort, at ang kakayahan ng atmospheric vision na baguhin ang mga larawan.
Ang mga resulta ng mga itoAng mga pag-aaral ay mahalaga para sa pagsusuri ng mga gravitational lens sa kalawakan upang mas maunawaan at mapahusay ang modelong Lambda-CDM at para makapagbigay ng consistency check sa iba pang mga obserbasyon. Maaari rin silang magbigay ng mahalagang hadlang sa hinaharap sa dark energy.
3. Microlensing.
Kung saan walang nakikitang distortion sa hugis, ngunit nagbabago ang dami ng liwanag na natanggap mula sa background object sa paglipas ng panahon. Ang object ng lensing ay maaaring mga bituin sa Milky Way, at ang pinagmulan ng background ay mga bola sa isang malayong galaxy o, sa ibang kaso, isang mas malayong quasar. Ang epekto ay maliit, kaya kahit na ang isang kalawakan na may mass na higit sa 100 bilyong beses kaysa sa Araw ay makagawa ng maraming mga imahe na pinaghihiwalay lamang ng ilang arcsecond. Ang mga galactic cluster ay maaaring gumawa ng mga paghihiwalay ng mga minuto. Sa parehong mga kaso, ang mga mapagkukunan ay medyo malayo, maraming daan-daang megaparsec mula sa ating uniberso.
Mga pagkaantala sa oras
Ang mga gravity lens ay pantay na kumikilos sa lahat ng uri ng electromagnetic radiation, hindi lang nakikitang liwanag. Ang mga mahihinang epekto ay pinag-aaralan para sa background ng cosmic microwave at para sa galactic na pag-aaral. Ang mga malalakas na lente ay naobserbahan din sa mga mode ng radyo at X-ray. Kung ang naturang bagay ay gumagawa ng maraming larawan, magkakaroon ng kamag-anak na pagkaantala sa pagitan ng dalawang landas. Ibig sabihin, sa isang lens, ang paglalarawan ay mapapansin nang mas maaga kaysa sa isa.
Tatlong uri ng mga bagay
1. Mga bituin, labi, brown dwarf atmga planeta.
Kapag ang isang bagay sa Milky Way ay dumaan sa pagitan ng Earth at isang malayong bituin, ito ay magtutuon at magpapatindi sa ilaw sa background. Ilang mga kaganapan ng ganitong uri ang naobserbahan sa Large Magellanic Cloud, isang maliit na uniberso malapit sa Milky Way.
2. Mga kalawakan.
Massive planets ay maaari ding kumilos bilang gravitational lens. Ang liwanag mula sa isang pinagmulan sa likod ng uniberso ay nakatungo at nakatutok upang lumikha ng mga larawan.
3. Mga kumpol ng Galaxy.
Ang isang napakalaking bagay ay maaaring lumikha ng mga larawan ng isang malayong bagay na nasa likod nito, kadalasan sa anyo ng mga nakaunat na arko - isang sektor ng Einstein ring. Ginagawang posible ng mga cluster gravitational lens na pagmasdan ang mga luminaries na masyadong malayo o masyadong malabo para makita. At dahil ang pagtingin sa malalayong distansya ay nangangahulugan ng pagtingin sa nakaraan, ang sangkatauhan ay may access sa impormasyon tungkol sa unang bahagi ng uniberso.
Solar gravity lens
Inihula ni Albert Einstein noong 1936 na ang mga sinag ng liwanag sa parehong direksyon tulad ng mga gilid ng pangunahing bituin ay magko-converge sa isang focus sa humigit-kumulang 542 AU. Kaya ang isang probe na malayo (o higit pa) mula sa Araw ay maaaring gamitin ito bilang isang gravitational lens upang palakihin ang malalayong bagay sa kabilang panig. Ang lokasyon ng probe ay maaaring ilipat kung kinakailangan upang pumili ng iba't ibang mga target.
Drake Probe
Ang distansyang ito ay higit pa sa pag-unlad at kakayahan ng space probe equipment gaya ng Voyager 1, at higit pa sa mga kilalang planeta, bagama't sa loob ng millenniaLalong lilipat ang Sedna sa mataas na elliptical orbit nito. Ang mataas na pakinabang para sa potensyal na pag-detect ng mga signal sa pamamagitan ng lens na ito, tulad ng mga microwave sa isang 21 cm na linya ng hydrogen, ay nagbunsod kay Frank Drake na mag-isip-isip sa mga unang araw ng SETI na ang isang pagsisiyasat ay maaaring maipadala nang ganoon kalayo. Ang multipurpose SETISAIL at kalaunan ay ang FOCAL ay iminungkahi ng ESA noong 1993.
Ngunit tulad ng inaasahan, ito ay isang mahirap na gawain. Kung ang probe ay pumasa sa 542 AU, ang mga kakayahan sa pag-magnify ng layunin ay patuloy na gagana sa mas mahabang distansya, dahil ang mga sinag na tumutok sa mas malalaking distansya ay naglalakbay nang mas malayo mula sa solar corona distortion. Isang kritika sa konseptong ito ang ibinigay ni Landis, na tumalakay sa mga isyu gaya ng interference, mataas na target na magnification na magpapahirap sa pagdisenyo ng focal plane ng misyon, at pagsusuri sa sariling spherical aberration ng lens.
