Einstein ring

Einstein-ring , også Einstein-Khvolson-ring  - et billede af en lyskilde ( galakse , stjerne osv.), forvrænget til en ringform under påvirkning af et tættere objekt med en meget stor masse (for eksempel en anden galakse eller sort hul ) som et resultat af gravitationslinser [1] [2] . Fænomenet opstår, når strålingskilden, linseobjektet og observatøren er på samme lige linje.

Den første komplette Einstein-ring, betegnet B1938+666, blev opdaget som en del af et samarbejde mellem astronomer ved University of Manchester og observatører ved Hubble-teleskopet i 1998 [3] .

Introduktion

Gravitationslinser blev forudsagt af Albert Einstein som en del af den generelle relativitetsteori . Lyset fra kilden bevæger sig ikke i en strengt lige linje (i tredimensionelt rum), men dets bane bøjes i nærvær af en massiv krop, der bøjer rum-tid. Einsteins ring er en speciel type gravitationslinser forårsaget af den præcise placering af kilden, linsen og observatøren langs den samme lige linje. Denne konfiguration resulterer i en symmetri af billedet omkring objektivobjektet og ligner en ringlignende struktur.

Størrelsen af ​​en Einstein-ring er givet ved Einstein- radius . I radianer er dens værdi

hvor

 er gravitationskonstanten ,  er massen af ​​linseobjektet,  er lysets hastighed,  er vinkelafstanden til linsen,  er vinkelafstanden til kilden  er vinkelafstanden mellem linsen og kilden.

Bemærk, at i det generelle tilfælde .

Historie

Bøjningen af ​​lys af et graviterende legeme blev forudsagt af Albert Einstein i 1912, flere år før offentliggørelsen af ​​den generelle relativitetsteori i 1916 (Renn et al. 1997). Det ringformede fænomen blev første gang nævnt af Orest Khvolson i en kort artikel i 1924, hvori forfatteren pegede på den "halo-effekt", der opstår, når kilden, linseobjektet og observatøren er placeret langs en lige linje [5] . Einstein bemærkede denne effekt i 1936 i en artikel inspireret af et brev fra den tjekkoslovakiske ingeniør R. V. Mandl [6] , mens han argumenterede for, at det praktisk talt er umuligt at observere et sådant fænomen på grund af behovet for både den nøjagtige placering af objekter og observatøren langs med en lige linje og lav opløsning observationsværktøjer. Imidlertid overvejede Einstein kun linse af lys af stjerner, og et sådant fænomen er virkelig usandsynligt at blive observeret. Men objektivering af galakser eller sorte huller er lettere at observere på grund af Einstein-ringens større størrelse.

I øjeblikket har der tilsyneladende ikke været observationer af stjernelyslinser fra en anden stjerne, men der er 45 % chance for at observere et sådant fænomen i begyndelsen af ​​maj 2028, når Alpha Centauri A vil passere mellem Solen og en mere fjern rød stjerne [7] .

Berømte Einstein-ringe

Hundredvis af gravitationslinsefænomener er i øjeblikket kendte. Blandt dem er fragmenter af Einstein-ringe med diametre op til et buesekund. Da fordelingen af ​​masse i et linseobjekt generelt ikke er absolut aksesymmetrisk, eller kilden, linsen og observatøren ikke er strengt på den samme rette linje, observerer vi ikke den ideelle Einstein-ring. De fleste af ringene blev opdaget i radioområdet.

Den første Einstein-ring blev opdaget af Hewitt et al. (1988), som observerede radiokilden MG1131+0456 med Very Large Array-teleskoperne . Observationen viste, at kvasaren er linset af en nærliggende galakse, hvilket resulterer i to meget ens billeder af det samme objekt. Billederne er strakt omkring objektivobjektet næsten til en fuld cirkel. [10] Sådanne dobbeltbilleder kan også være en konsekvens af det ikke-kollineære arrangement af kilden, linsen og observatøren.

Den første komplette Einstein-ring, der blev opdaget, var B1938+666 , opdaget af King et al. (1998) fra optiske data efter at have observeret linsen med MERLIN -instrumentet . [3] [11] Galaksen, hvis indflydelse frembringer linsebilledet af B1938+666, er en gammel elliptisk galakse , og objektet med linse er en mørk dværgsatellitgalakse , som vi i mangel af objektivering ikke ville være i stand til at observere med moderne teknologi. [12]

I 2005 blev et samarbejde mellem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og Hubble-teleskopet brugt i Sloan Lens ACS (SLACS) undersøgelsen, hvilket førte til opdagelsen af ​​19 nye gravitationslinser, hvoraf 8 havde Einstein-ringe, [13 ] de er vist på billedet til højre. Fra 2009 er der fundet 85 gravitationslinser som en del af undersøgelsen. [14] Denne gennemgang gjorde det muligt at detektere det største antal Einstein-ringe i det optiske område, bl.a.

Et andet eksempel er radio/røntgenringen omkring PKS 1830-211, som er uventet lysstærk ved radio. [19] Ringen blev opdaget i røntgenområdet af Varsha Gupta et al. ved hjælp af observationer fra Chandra -teleskopet . [20] Dette er første gang, en kvasar er blevet observeret med linse af en næsten ansigt -på spiralgalakse . [21]

Der er også en radioring omkring galaksen MG1654+1346, billedet i ringen er et billede af radiobladet fra en kvasar opdaget i 1989 af G. Langston et al. [22]

Flere ringe

Rafael Gavazzi fra STScI og Tommaso Trew fra University of California i Santa Barbara har opdaget en dobbelt Einstein-ring ved hjælp af data fra Hubble-teleskopet. Strålingen kommer fra tre galakser i en afstand på 3,6 og 11 milliarder lysår. Sådanne ringe hjælper med at udforske fordelingen af ​​mørkt stof , mørk energi , for at studere naturen af ​​fjerne galakser og universets krumning . Chancen for at finde en sådan ring anslås til at være 1 ud af 10.000 . Tilstedeværelsen af ​​50 dobbeltringe vil give astronomer mulighed for mere præcist at bestemme fordelingen af ​​mørkt stof og tilstandsligningen for mørk energi. [23]

Modellering

Til højre er et billede fra en simulering af passagen af ​​et Schwarzschild sort hul i Mælkevejens plan mellem os og galaksens centrum. Den første Einstein-ring er et meget stærkt deformeret område af billedet og viser den galaktiske skive . Når der er zoomet ind, er en serie på 4 yderligere ringe synlige, med aftagende bredde, når den nærmer sig det sorte huls skygge. Disse ringe er også billeder af galaksens disk. Den første og tredje ring svarer til punkter bag det sorte hul (set fra iagttagerens synspunkt) og svarer til det lyse gule område af den galaktiske skive (tættere på midten), og den anden og fjerde ring svarer til billeder af objekter bag observatøren, som virker blåere på grund af den tyndere galaktiske skive.

Galleri

Noter

  1. ↑ Einsteins teleskop - video (02:32) , The New York Times  (5. marts 2015). Arkiveret fra originalen den 16. oktober 2017. Hentet 27. december 2015.
  2. ↑ Farvel, Dennis . Astronomer observerer Supernova og finder ud af, at de ser genudsendelser , The New York Times  (5. marts 2015). Arkiveret fra originalen den 13. juni 2018. Hentet 5. marts 2015.
  3. ↑ 1 2 Et Bull's Eye for MERLIN og Hubble . University of Manchester (27. marts 1998). Hentet 17. september 2019. Arkiveret fra originalen 14. december 2019.
  4. ↑ ALMA på Full Stretch giver spektakulære billeder , ESO-meddelelse . Arkiveret fra originalen den 16. april 2015. Hentet 22. april 2015.
  5. ↑ Turner, Christina The Early History of Gravitational Lensing (14. februar 2006). Arkiveret fra originalen den 25. juli 2008.
  6. ↑ Arkiveret kopi . Hentet 17. september 2019. Arkiveret fra originalen 10. juli 2007.
  7. ↑ P. Kervella et al. Tæt stjernekonjunktioner af α Centauri A og B indtil 2050  // Astronomi og astrofysik  . - 2016. - 19. oktober ( bind 594 ). — P. A107 . - doi : 10.1051/0004-6361/201629201 . - arXiv : 1610.06079 .
  8. ↑ Belokurov, V. et al. To nye gravitationslinser med stor adskillelse fra SDSS  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . - Oxford University Press , 2009. - Januar ( vol. 392 , nr. 1 ). - S. 104-112 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.14075.x . - . - arXiv : 0806.4188 .
  9. ↑ Loff, Sarah; Dunbar, Brian Hubble ser en smilende linse . NASA (10. februar 2015). Hentet 10. februar 2015. Arkiveret fra originalen 11. februar 2015.
  10. ↑ Opdagelsen af ​​den første "Einstein Ring" gravitationslinse . NRAO (2000). Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 20. december 2011.
  11. ↑ Browne, Malcolm W. . 'Einstein-ring' forårsaget af rumforvridning er fundet , The New York Times  (31. marts 1998). Hentet 1. maj 2010.
  12. ↑ Vegetti, Simona et al. Gravitationsdetektion af en lavmasse mørk satellit på kosmologisk afstand   // Nature . - 2012. - Januar ( bind 481 , nr. 7381 ). - s. 341-343 . - doi : 10.1038/nature10669 . — . - arXiv : 1201.3643 . — PMID 22258612 .
  13. ↑ Bolton A. et al. Hubble, Sloan Firedobbelt antal kendte optiske Einstein-ringe . Hubble websted . Dato for adgang: 16. juli 2014. Arkiveret fra originalen 27. juli 2014.
  14. ↑ Auger, Matt et al. Sloan Lens ACS-undersøgelsen. IX. Farver, linse og stjernemasser af tidlige galakser  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2009. - November ( vol. 705 , nr. 2 ). - S. 1099-1115 . - doi : 10.1088/0004-637X/705/2/1099 . - . - arXiv : 0911.2471 .
  15. ↑ Cabanac, Remi et al. Opdagelse af en høj-rødforskydende Einstein-ring  // Astronomy and Astrophysics  . - 2005. - 27. april ( bd. 436 , nr. 2 ). - P.L21-L25 . - doi : 10.1051/0004-6361:200500115 . - . - arXiv : astro-ph/0504585 .
  16. ↑ Belokurov, V. et al. The Cosmic Horseshoe: Discovery of an Einstein Ring around a Giant Luminous Red Galaxy  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2007. - December ( vol. 671 , nr. 1 ). -P.L9- L12 . - doi : 10.1086/524948 . - . - arXiv : 0706.2326 .
  17. ↑ Gavazzi, Raphael et al. Sloan Lens ACS-undersøgelsen. VI: Opdagelse og analyse af en dobbelt Einstein-ring  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2008. - April ( vol. 677 , nr. 2 ). - S. 1046-1059 . - doi : 10.1086/529541 . - . - arXiv : 0801.1555 .
  18. ↑ Montering af SDP.81 Einstein-ringen og den linsede galakse . Hentet 9. juni 2015. Arkiveret fra originalen 12. juni 2015.
  19. ↑ Mathur, Smita; Nair, Sunita. X-Ray Absorption mod Einstein Ring Source PKS 1830-211  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1997. - 20. juli ( vol. 484 , nr. 1 ). - S. 140-144 . - doi : 10.1086/304327 . - . — arXiv : astro-ph/9703015 .
  20. ↑ Gupta, Varsha Chandra Detektion af AN X-Ray Einstein-ring i PKS 1830-211 . ResearchGate.net . Hentet: 16. juli 2014.
  21. ↑ Courbin, Frederic. Kosmisk justering mod radio Einstein-ringen PKS 1830-211 ? (engelsk)  // The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2002. - August ( vol. 575 , nr. 1 ). - S. 95-102 . - doi : 10.1086/341261 . - . - arXiv : astro-ph/0202026 .
  22. ↑ Langston, G.I. et al. MG 1654+1346 - et Einstein Ring-billede af en kvasarradiolob  // Astronomical  Journal . - 1989. - Maj ( bind 97 ). - S. 1283-1290 . - doi : 10.1086/115071 . - .
  23. ↑ Hubble finder dobbelt Einstein-ring . Hubblesite.org . Space Telescope Science Institute . Hentet 26. januar 2008. Arkiveret fra originalen 27. november 2016.
  24. ↑ Kosmisk kloning . www.spacetelescope.org . Hentet 2. april 2018. Arkiveret fra originalen 1. juli 2019.

Litteratur

Links