WikiDer > Кольцо Эйнштейна

Einstein ring
Часть цикла статей о
Гравитационное линзирование
Кольцо Эйнштейна в форме подковы от телескопа Хаббл.JPG
Кольцо Эйнштейна
Формализм
Сильное линзирование
Микролинзирование
Слабое линзирование

An Кольцо Эйнштейна, также известный как Кольцо Эйнштейна – Хвольсона или же Кольцо Chwolson, создается, когда свет от галактика или же звезда проходит мимо массивного объекта на пути к Земле. Из-за гравитационное линзирование, свет отклоняется, и кажется, что он исходит из разных мест. Если источник, линза и наблюдатель выровнены, свет выглядит как кольцо.

Вступление

Гравитационное линзирование предсказывается Альберт Эйнштейнтеория общая теория относительности.[1] Вместо света от источника, движущегося по прямой линии (в трех измерениях), он изгибается из-за наличия массивного тела, которое искажает пространство-время. Кольцо Эйнштейна - это особый случай гравитационного линзирования, вызванный точным совмещением источника, линзы и наблюдателя. Это приводит к симметрии вокруг линзы, вызывая кольцевую структуру.[2]

Геометрия полного кольца Эйнштейна, вызванная гравитационная линза

Размер кольца Эйнштейна определяется Радиус Эйнштейна. В радианы, это

куда

это гравитационная постоянная,
- масса линзы,
это скорость света,
это расстояние по угловому диаметру в объектив,
это расстояние по угловому диаметру к источнику, и
это расстояние по угловому диаметру между объективом и источником.[3]

На космологические расстояния в целом.

История

Галактика SDP.81 с гравитационной линзой, сделанная пользователем АЛМА.[4]

Искривление света гравитационным телом было предсказано Альберт Эйнштейн в 1912 г., за несколько лет до публикации общая теория относительности в 1916 г. (Renn et al. 1997). Впервые кольцевой эффект был упомянут в академической литературе А. Орест Хвольсон в короткой статье 1924 года, в которой он упомянул «эффект ореола» гравитации, когда источник, линза и наблюдатель находятся в почти идеальном положении.[5] Эйнштейн отметил этот эффект в 1936 году в статье, написанной чешским инженером Р. В. Мандлом. [1], но заявил

Конечно, нет никакой надежды непосредственно наблюдать это явление. Во-первых, мы вряд ли когда-нибудь подойдем достаточно близко к такой центральной линии. Во-вторых, угол β будет игнорировать разрешающую способность наших инструментов.

— Наука т. 84, с. 506, 1936 г.

(В этом утверждении β - это радиус Эйнштейна, который в настоящее время обозначается как в приведенном выше выражении.) Однако Эйнштейн рассматривал только возможность наблюдения колец Эйнштейна, образованных звездами, что невелико - вероятность наблюдения колец, созданных более крупными линзами, такими как галактики или черные дыры, выше, поскольку угловой размер Кольцо Эйнштейна увеличивается с массой линзы.

Первое полное кольцо Эйнштейна, обозначенное как B1938 + 666, было обнаружено в результате сотрудничества астрономов из Манчестерский университет и НАСАс Космический телескоп Хаббла в 1998 г.[6]

По-видимому, не было никаких наблюдений звезды, образующей кольцо Эйнштейна с другой звездой, но есть 45% -ная вероятность того, что это произойдет в начале мая 2028 года, когда Альфа Центавра Между нами и далекой красной звездой проходит А.[7]

Известные кольца Эйнштейна

Изображение "Смайлик" или "Чеширский кот" скопление галактик (SDSS J1038 + 4849) и гравитационное линзирование («кольцо Эйнштейна»), открытое международной группой ученых,[8] изображен с HST.[9]

В настоящее время известны сотни гравитационных линз. Около полдюжины из них представляют собой частичные кольца Эйнштейна диаметром до угловая секунда, хотя и массовое распределение линз не идеально осесимметричныйили источник, линза и наблюдатель не идеально совмещены, нам еще предстоит увидеть идеальное кольцо Эйнштейна. Большинство колец было обнаружено в радиодиапазоне. Степень полноты, необходимая для того, чтобы изображение, наблюдаемое через гравитационную линзу, считалось кольцом Эйнштейна, еще предстоит определить.

Первое кольцо Эйнштейна было открыто Хьюиттом и др. (1988), который наблюдал радиоисточник MG1131 + 0456 с использованием Очень большой массив. Это наблюдение увидело квазар Полученные более близкой галактикой в ​​два отдельных, но очень похожих изображения одного и того же объекта, изображения растягивались вокруг линзы в почти полное кольцо.[10] Эти двойные изображения - еще один возможный эффект несовпадения источника, линзы и наблюдателя.

Первое полное кольцо Эйнштейна, которое было обнаружено, было B1938 + 666, который был обнаружен King et al. (1998) посредством оптического наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла гравитационной линзы, полученной с помощью МЕРЛИН.[6][11] Галактика, вызывающая линзу на B1938 + 666, является древней. эллиптическая галактика, а изображение, которое мы видим через линзу, темное карлик спутниковая галактика, который иначе мы не смогли бы увидеть с помощью современных технологий.[12]

В 2005 году совокупная мощность Sloan Digital Sky Survey (SDSS) с космическим телескопом Хаббла был использован в обзоре Sloan Lens ACS (SLACS) для обнаружения 19 новых гравитационных линз, 8 из которых показали кольца Эйнштейна,[13] это 8, показанные на соседнем изображении. По состоянию на 2009 год этот обзор обнаружил 85 подтвержденных гравитационных линз, но пока не известно, сколько из них показывает кольца Эйнштейна.[14] Этот обзор ответственен за большинство недавних открытий колец Эйнштейна в оптическом диапазоне, ниже приведены некоторые примеры, которые были обнаружены:

  • ДЛЯ J0332-3557, обнаруженный Реми Кабанаком и др. в 2005 году,[15] отличается высоким красное смещение что позволяет нам использовать его для наблюдения за ранняя вселенная.
  • "Космическая подкова"представляет собой частичное кольцо Эйнштейна, которое наблюдалось через гравитационную линзу LRG 3-757, очень большой светящейся красной галактики. Оно было открыто в 2007 г. В. Белокуровым и др."[16]
  • SDSSJ0946 + 1006, "двойное кольцо Эйнштейна" было открыто Рафаэлем Гавацци и Томассо Треу.[17] в 2008 году, примечательным наличием нескольких колец, наблюдаемых через одну и ту же гравитационную линзу, значение которых объясняется в следующем разделе, посвященном дополнительные кольца.

Другой пример - радио / рентгеновское кольцо Эйнштейна вокруг PKS 1830-211, которое необычно сильно для радио.[18] Это было обнаружено на рентгеновском снимке Варша Гупта и др. в рентгеновской обсерватории Чандра[19] Это также примечательно тем, что это был первый случай, когда квазар был линзирован почти лицом к лицу. спиральная галактика.[20]

Есть также радиокольцо вокруг галактики MG1654 + 1346, изображение в кольце - изображение квазара. радио-лепесток, обнаруженный в 1989 г. Г. Лангстоном и др.[21]

Дополнительные кольца

SDSSJ0946 + 1006 - двойное кольцо Эйнштейна. Кредит: HST/НАСА/ЕКА

Используя космический телескоп Хаббла, Рафаэль Гавацци из STScI и Томмазо Треу из Калифорнийский университет в Санта-Барбаре. Это происходит из-за света трех галактик на расстояниях 3, 6 и 11 миллиардов световых лет. Такие кольца помогают понять распределение темная материя, темная энергия, природа далеких галактик и кривизна вселенной. Шансы найти такое двойное кольцо - 1 к 10 000. Выборка 50 подходящих двойных колец предоставила бы астрономам более точное измерение содержания темной материи во Вселенной и уравнения состояния темной энергии с точностью до 10 процентов.[22]

Симуляция

Ниже в разделе «Галерея» представлена ​​симуляция, изображающая увеличение Черная дыра Шварцшильда в плоскости Млечный Путь между нами и центром галактики. Первое кольцо Эйнштейна находится в наиболее искаженной области изображения и показывает галактический диск. Затем при увеличении видна серия из 4 дополнительных колец, которые становятся все тоньше и ближе к тени черной дыры. Это множественные изображения галактического диска. Первая и третья соответствуют точкам, которые находятся за черной дырой (с точки зрения наблюдателя) и соответствуют здесь ярко-желтой области галактического диска (близко к центру галактики), тогда как вторая и четвертая соответствуют изображениям объектов, которые находятся позади наблюдателя, и они кажутся более синими, поскольку соответствующая часть галактического диска тоньше и, следовательно, здесь более тусклая.

Галерея

  • Некоторые наблюдали кольца Эйнштейна с помощью SLACS

  • Изящные дуги вокруг SDSSJ0146-0929 являются примерами кольца Эйнштейна.

  • Смоделированный вид черной дыры, проходящей перед галактикой.

  • Монтаж кольца Эйнштейна SDP.81 и линзовой галактики

  • Кольца Эйнштейна рядом с черной дырой

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Прощай, Деннис (5 марта 2015 г.). «Астрономы наблюдают за сверхновой и обнаруживают, что смотрят ее повторы». Нью-Йорк Таймс. Получено 5 марта, 2015.
  2. ^ Дрейкфорд, Джейсон; Корум, Джонатан; Прощай, Деннис (5 марта 2015 г.). «Телескоп Эйнштейна - видео (02:32)». Нью-Йорк Таймс. Получено 27 декабря, 2015.
  3. ^ Причард, Джонатан. «Гравитационное линзирование» (PDF). Гарвард и Смитсоновский институт. п. 19. Получено 21 декабря 2019.
  4. ^ «ALMA при полном растяжении дает потрясающие изображения». Объявление ESO. Получено 22 апреля 2015.
  5. ^ Тернер, Кристина (14 февраля 2006 г.). «Ранняя история гравитационного линзирования» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 25 июля 2008 г.
  6. ^ а б "Бычий глаз для MERLIN и Хаббла". Манчестерский университет. 27 марта 1998 г.
  7. ^ П. Кервелла; и другие. (19 октября, 2016). «Тесные звездные соединения α Центавра A и B до 2050 года». Астрономия и астрофизика. 594: A107. arXiv:1610.06079. Bibcode:2016 A&A ... 594A.107K. Дои:10.1051/0004-6361/201629201.
  8. ^ Белокуров, В .; и другие. (Январь 2009 г.). «Две новые гравитационные линзы с большим разделением от SDSS». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 392 (1): 104–112. arXiv:0806.4188. Bibcode:2009МНРАС.392..104Б. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2008.14075.x.
  9. ^ Лофф, Сара; Данбар, Брайан (10 февраля 2015 г.). «Хаббл видит улыбающуюся линзу». НАСА. Получено 10 февраля 2015.
  10. ^ «Открытие первого» кольца Эйнштейна «Гравитационная линза». НРАО. 2000. Получено 2012-02-08.
  11. ^ Браун, Малкольм В. (31 марта 1998 г.). "'Обнаружено кольцо Эйнштейна, вызванное искривлением пространства ». Нью-Йорк Таймс. Получено 2010-05-01.
  12. ^ Вегетти, Симона; и другие. (Январь 2012 г.). «Гравитационное обнаружение маломассивного темного спутника на космологическом расстоянии». Природа. 481 (7381): 341–343. arXiv:1201.3643. Bibcode:2012Натура 481..341В. Дои:10.1038 / природа10669. PMID 22258612.
  13. ^ Болтон, А; и другие. "Четверное число известных оптических колец Эйнштейна Хаббла, Слоана". Хабблесайт. Получено 2014-07-16.
  14. ^ Оже, Мэтт; и другие. (Ноябрь 2009 г.). "Обзор Слоановской линзы ACS. IX. Цвета, линзы и звездные массы галактик ранних типов". Астрофизический журнал. 705 (2): 1099–1115. arXiv:0911.2471. Bibcode:2009ApJ ... 705.1099A. Дои:10.1088 / 0004-637X / 705/2/1099.
  15. ^ Кабанак, Реми; и другие. (2005-04-27). «Открытие кольца Эйнштейна с большим красным смещением». Астрономия и астрофизика. 436 (2): L21 – L25. arXiv:Astro-ph / 0504585. Bibcode:2005A & A ... 436L..21C. Дои:10.1051/0004-6361:200500115.
  16. ^ Белокуров, В .; и другие. (Декабрь 2007 г.). «Космическая подкова: открытие кольца Эйнштейна вокруг гигантской светящейся красной галактики». Астрофизический журнал. 671 (1): L9 – L12. arXiv:0706.2326. Bibcode:2007ApJ ... 671L ... 9B. Дои:10.1086/524948.
  17. ^ Гавацци, Рафаэль; и другие. (Апрель 2008 г.). "Обзор ACS Линзы Слоуна. VI: Открытие и анализ двойного кольца Эйнштейна". Астрофизический журнал. 677 (2): 1046–1059. arXiv:0801.1555. Bibcode:2008ApJ ... 677.1046G. Дои:10.1086/529541.
  18. ^ Матур, Смита; Наир, Сунита (20 июля 1997 г.). "Поглощение рентгеновских лучей в направлении источника кольца Эйнштейна PKS 1830-211". Астрофизический журнал. 484 (1): 140–144. arXiv:Astro-ph / 9703015. Bibcode:1997ApJ ... 484..140M. Дои:10.1086/304327.
  19. ^ Гупта, Варша. "Обнаружение Чандрой рентгеновского кольца Эйнштейна в ПКС 1830-211". ResearchGate.net. Получено 16 июля 2014.
  20. ^ Курбин, Фредерик (август 2002 г.). «Космическое выравнивание в сторону радиокольца Эйнштейна ПКС 1830-211?». Астрофизический журнал. 575 (1): 95–102. arXiv:Astro-ph / 0202026. Bibcode:2002ApJ ... 575 ... 95C. Дои:10.1086/341261.
  21. ^ Langston, G.I .; и другие. (Май 1989 г.). "MG 1654 + 1346 - изображение кольца Эйнштейна радиодоля квазара". Астрономический журнал. 97: 1283–1290. Bibcode:1989AJ ..... 97.1283L. Дои:10.1086/115071.
  22. ^ «Хаббл нашел двойное кольцо Эйнштейна». Hubblesite.org. Научный институт космического телескопа. Получено 2008-01-26.

Журналы

Новости

дальнейшее чтение