4. Явление гравитационного линзирования
Проходя около массивного тела, луч света отклоняется. Таким образом, массивное тело способно собирать параллельный пучок света в некотором фокусе, строя изображение. Кроме этого, повышается яркость источника вследствие изменения его углового размера.
В 1937 году Фриц Цвикки предсказал возможность гравитационного линзирования для галактик. И хотя до сих пор не построена общепризнанная модель этого явления для галактик, уже сейчас этот эффект становится важным с точки зрения наблюдательной астрономии. Его применяют для:
проверки ΛCDM-модели Вселенной,
поиска тёмной материи внутри скоплений галактик,
поиска далёких галактик.
На данный момент в базе NED свыше 700 линзированных галактик и квазаров.
Определение расстояния по гравитационным линзам
Как
было сказано выше, гравитационная линза
строит сразу несколько изображений,
время запаздывания между изображениями
в первом приближении равно
,
где d —
расстояние между изображениями, а с —
скорость света.
Зная угловое расстояние между изображениями и применяя законы геометрии, можно вычислить расстояние до линзы. Однако минус этого метода в том, что априори неизвестны гравитационный потенциал линзы и его структура. Связанная с этим ошибка может быть значительна для точных измерений[.
Поиск тёмной материи в скоплениях галактик
Наблюдая дисперсию скоростей галактик в скоплениях, Цвикки совместно с С. Смитом обнаружил, что получаемая из теоремы вириала масса гораздо больше, чем суммарная масса галактик. Было выдвинуто предположение, что внутри скоплений галактик, как и в самой галактике, есть некая скрытая масса, проявляющая себя только гравитационным образом.
Опровергнуть или подтвердить это можно зная гравитационный потенциал в каждой точке и основываясь на законе всемирного тяготения Ньютона. Гравитационный потенциал можно узнать исследуя эффект гравитационного линзирования. На основании полученных данных учёными было сделано два вывода. С одной стороны, было подтверждено наличие тёмной материи. С другой, было обнаружено необычное поведение газа и тёмной материи. Раньше считалось, что во всех процессах тёмная материя должна увлекать за собой газ (это предположение легло в основу теории иерархической эволюции галактик). Однако в MACSJ0025.4-1222, являющимся столкновением двух массивных скоплений галактик, поведение газа и тёмной материи диаметрально противоположны.
Поиск далёких галактик
Поиск далёких галактик сопряжён со следующими проблемами:
чувствительность приёмников в инфракрасном диапазоне, куда из-за космологического красного смещения перемещается всё видимое излучение, вплоть до линии Lα (Лайман альфа) и лаймановского скачка, намного хуже;
излучение далёких галактик ослаблено как из-за космологических эффектов, так и из-за того, что молодые галактики, по современным представлениям, на больших z (а значит, на более ранних этапах своей жизни) гораздо меньше Млечного Пути и сходны с Магеллановыми Облаками.
Многократное усиление пучка света, вызванное гравитационным линзированием, помогает в решении обеих проблем, делая возможным наблюдения галактик на z>7. Исходя из этих теоретических представлений, группа астрономов стала наблюдать массивные скопления. В результате их наблюдений был составлен список объектов-кандидатов в сверхдалёкие галактики.