Гравитационо сочиво

Гравитационo сочиво представља материју која својим гравитационим пољем савија простор и мења смер светлости која пролази у близини. Ефекат је аналоган ефекту сочива. То је једно од најзначајнијих предвиђања Ајнштајнове теорије опште релативности је да гравитација савија светлост.^[1]^[2] Тај ефекат је први пут демонстриран током потпуног помрачења Сунца 1919. године, када је примећено да су звезде у близини Сунца мало померене са својих уобичајених положаја - ефекат који је последица гравитационог привлачења Сунца док је светлост звезда пролазила близу.

Тридесетих година Ајнштајн је предвидео да би расподела масе, која је попут галаксије, могла да делује као гравитационо „сочиво“, не само савијајући светлост већ и искривљујући слике предмета који леже изван изван ње.^[3]^[4]^[5]^[6] Ако се неки објекат налази иза масивне галаксије, гледано са Земље, расејана светлост може доћи до Земље дуж више од једне путање. Делујући попут сочива која фокусирају светлост дуж различитих путања, гравитација галаксије може учинити да објекат делује растегнуто или као да светлост долази из више објеката, а не из једног предмета.^[7]^[8]^[9]^[10] Светлост објекта може се чак проширити у прстен. Прва гравитациона сочива откривена су 1979. године, када су два квазара откривена врло близу један другог на небу и са сличним растојањима и спектрима. Два квазара су заправо били исти објекат чија је светлост гравитационим утицајем галаксије која се умешала била подељена на два пута.^[11]

Историја

Хенри Кевендиш 1784. (у необјављеном рукопису) и Јохан Георг фон Солднер 1801. (објављено 1804. године) истакли су да Њутнова гравитација предвиђа да ће се звездана светлост савијати око масивног објекта^[12] као што је већ претпоставио Исак Њутн 1704. у својим Упитима Бр. 1 у својој књизи Оптика.^[13] Исту вредност као Солднерову израчунао је Ајнштајн 1911. само на основу принципа еквиваленције.^[14]^[15] Међутим, Ајнштајн је приметио 1915. године, у процесу довршавања опште теорије релативности, да је његов (а самим тим и Солднеров) резултат из 1911. само половина тачне вредности. Ајнштајн је постао први који је израчунао тачну вредност за савијање светлости.^[16]

Овај ефекат први пут је експериментално истраживао 1919. године тим британских астронома под вођством Артура Едингтона. Они су посматрали помрачење Сунца у нади да ће видети звезду, која се у то време налазила иза Сунца. Показали су да гравитационо поље Сунца закривљује путању светлости у складу са теоријским предвиђањима Ајнштајнове Опште теорије релативности. Тиме је било експериментално доказано закривљавање путање светлости у гравитационом пољу.

Међутим, прво гравитационо сочиво су тек 1979. године открили Денис Валш, Боб Карсвел и Рајан Вејман користећи телескоп Кит Пик Националне Обсерваторије. Они су приметили два идентична тела која су личила на квазаре међусобно удаљене мање од једне лучне секунде. То тело је касније постало познато као Квазари близанци (Twin QSO).

Опис

У гравитационом пољу које потиче из објекта масе $m$ светлост скреће под углом $\theta$ одређеним формулом:

\theta =4m\gamma /(rc^{2})

, где $\gamma$ представља универзалну гравитациону константу, $r$ нормално растојање између тежишта тела и правца светлости, на које гравитационо поље делује, док је $c$ брзина светлости у вакууму. Према углу скретања изобличења су поедељена у три групе:

веома јака изобличења - јављају се у присустбу веома масивног тела (црне рупе или галаксије), а када су услови повољни могу се јавити тзв. Ајнштајнови прстенови и крстови.
слаба изобличења - тешко су видљива. Најчешће настају услед присуства тамне материје у међугалактичном простору.
Микроизобличења - тешко се дектетују, а угао скретања $\theta$ мањи је од једне лучне секунде.

Галерија

Угао скретања светлости у зависности од нормалног растојања тежишта тела и правца светлости
Помрачење Сунца 1919. године
Ајнштајнов крст
Пример слабог гравитационог сочива настало услед гравитационог деловања тамне материје
Ајнштајнов прстен

Референце

^ Drakeford, Jason; Corum, Jonathan; Overbye, Dennis (5. 3. 2015). „Einstein's Telescope - video (02:32)”. New York Times. Приступљено 27. 12. 2015.
^ Overbye, Dennis (5. 3. 2015). „Astronomers Observe Supernova and Find They're Watching Reruns”. New York Times. Приступљено 5. 3. 2015.
^ Tilman Sauer (2008). „Nova Geminorum 1912 and the Origin of the Idea of Gravitational Lensing”. Archive for History of Exact Sciences. 62 (1): 1—22. Bibcode:2008AHES...62....1S. S2CID 17384823. arXiv:0704.0963  . doi:10.1007/s00407-007-0008-4.
^ Turner, Christina (14. 2. 2006). „The Early History of Gravitational Lensing” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 25. 7. 2008. г.
^ Bičák, Jiří; Ledvinka, Tomáš (2014). General Relativity, Cosmology and Astrophysics: Perspectives 100 years after Einstein's stay in Prague (illustrated изд.). Springer. стр. 49—50. ISBN 9783319063492.
^ „A brief history of gravitational lensing — Einstein Online”. www.einstein-online.info. Архивирано из оригинала 2016-07-01. г. Приступљено 2016-06-29.
^ Bernard F. Schutz (1985). A First Course in General Relativity (illustrated, herdruk изд.). Cambridge University Press. стр. 295. ISBN 978-0-521-27703-7.
^ Wolfgang Rindler (2006). Relativity: Special, General, and Cosmological (2nd изд.). OUP Oxford. стр. 21. ISBN 978-0-19-152433-2. Extract of page 21
^ Gabor Kunstatter; Jeffrey G Williams; D E Vincent (1992). General Relativity And Relativistic Astrophysics - Proceedings Of The 4th Canadian Conference. World Scientific. стр. 100. ISBN 978-981-4554-87-9. Extract of page 100
^ Pekka Teerikorpi; Mauri Valtonen; K. Lehto; Harry Lehto; Gene Byrd; Arthur Chernin (2008). The Evolving Universe and the Origin of Life: The Search for Our Cosmic Roots (illustrated изд.). Springer Science & Business Media. стр. 165. ISBN 978-0-387-09534-9. Extract of page 165
^ „Gravitational lens | astronomy”. Encyclopedia Britannica (на језику: енглески). Приступљено 2021-05-29.
^ Soldner, J. G. V. (1804). „On the deflection of a light ray from its rectilinear motion, by the attraction of a celestial body at which it nearly passes by”. Berliner Astronomisches Jahrbuch: 161—172.
^ Newton, Isaac (1998). Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Commentary by Nicholas Humez (Octavo изд.). Palo Alto, Calif.: Octavo. ISBN 978-1-891788-04-8. (Opticks was originally published in 1704).
^ Schneider, Peter; Ehlers, Jürgen; Falco, Emilio E. (1992). Gravitational Lenses. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Press. ISBN 978-3-540-97070-5.
^ Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton University Press. стр. 255–256. ISBN 978-0-691-13129-0.
^ Will, C.M. (2006). „The Confrontation between General Relativity and Experiment”. Living Reviews in Relativity. 9 (1): 39. Bibcode:2006LRR.....9....3W. PMC 5256066  . PMID 28179873. arXiv:gr-qc/0510072  . doi:10.12942/lrr-2006-3.

Литература

Studies in Relativity - prof. J.L.Synge, edited by Royal Irish Academy
"Accidental Astrophysicists Архивирано на сајту Wayback Machine (16. фебруар 2012)". Science News, June 13, 2008.
"XFGLenses". A Computer Program to visualize Gravitational Lenses, Francisco Frutos-Alfaro
"G-LenS". A Point Mass Gravitational Lens Simulation, Mark Boughen.
Newbury, Pete, "Gravitational Lensing". Institute of Applied Mathematics, The University of British Columbia.
Cohen, N., "Gravity's Lens: Views of the New Cosmology", Wiley and Sons, 1988.
"Q0957+561 Gravitational Lens". Harvard.edu.
Bridges, Andrew, "Most distant known object in universe discovered". Associated Press. February 15, 2004. (Farthest galaxy found by gravitational lensing, using Abell 2218 and Hubble Space Telescope.)
Analyzing Corporations ... and the Cosmos An unusual career path in gravitational lensing.
"HST images of strong gravitational lenses". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Bond, I. A.; et al. (2004). „OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53: A Planetary Microlensing Event”. The Astrophysical Journal. 606 (2): L155—L158. Bibcode:2004ApJ...606L.155B. S2CID 17610640. arXiv:astro-ph/0404309  . doi:10.1086/420928.
Udalski, A.; et al. (2005). „A Jovian-mass Planet in Microlensing Event OGLE-2005-BLG-071”. The Astrophysical Journal. 628 (2): L109—L112. Bibcode:2005ApJ...628L.109U. S2CID 7425167. arXiv:astro-ph/0505451  . doi:10.1086/432795.
Gravitational lensing on arxiv.org
NRAO CLASS home page
AT20G survey
A diffraction limit on the gravitational lens effect (Bontz, R. J. and Haugan, M. P. "Astrophysics and Space Science" vol. 78, no. 1, p. 199-210. August 1981)
Blandford & Narayan; Narayan, R (1992). „Cosmological applications of gravitational lensing”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 30 (1): 311—358. Bibcode:1992ARA&A..30..311B. doi:10.1146/annurev.aa.30.090192.001523.
Matthias Bartelmann; Peter Schneider (2000-08-17). „Weak Gravitational Lensing” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 2007-02-26. г.
Khavinson, Dmitry; Neumann, Genevra (2008). „From Fundamental Theorem of Algebra to Astrophysics: A "Harmonious" Path” (PDF). Notices of the AMS. 55 (6): 666—675. .
Petters, Arlie O.; Levine, Harold; Wambsganss, Joachim (2001). Singularity Theory and Gravitational Lensing. Progress in Mathematical Physics. 21. Birkhäuser.
Tools for the evaluation of the possibilities of using parallax measurements of gravitationally lensed sources (Stein Vidar Hagfors Haugan. June 2008)
Khvolson, O (1924). „Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne”. Astronomische Nachrichten. 221 (20): 329—330. Bibcode:1924AN....221..329C. doi:10.1002/asna.19242212003.
Einstein, Albert (1936). „Lens-like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field”. Science. 84 (2188): 506—7. Bibcode:1936Sci....84..506E. JSTOR 1663250. PMID 17769014. S2CID 38450435. doi:10.1126/science.84.2188.506.
Renn, Jürgen; Tilman Sauer; John Stachel (1997). „The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper”. Science. 275 (5297): 184—6. Bibcode:1997Sci...275..184R. PMID 8985006. S2CID 43449111. doi:10.1126/science.275.5297.184.

Спољашње везе

ABS Science: Gravity Lens – Part 2 (Great Moments in Science), приступ 28. март 2013
Science News: "Accidental Astrophysicists" Архивирано на сајту Wayback Machine (16. фебруар 2012), 13. јун 2008, приступ 28. март 2013
Video: Evalyn Gates – Einstein's Telescope: The Search for Dark Matter and Dark Energy in the Universe Архивирано 2018-09-02 на сајту Wayback Machine, presentation in Portland, Oregon, on April 19, 2009, from the author's recent book tour.
Audio: Fraser Cain and Dr. Pamela Gay – Astronomy Cast: Gravitational Lensing, May 2007
Existence, by David Brin, 2012

[NYT-20150305-video-1] Drakeford, Jason; Corum, Jonathan; Overbye, Dennis (5. 3. 2015). „Einstein's Telescope - video (02:32)”. New York Times. Приступљено 27. 12. 2015.

[NYT-20150305-2] Overbye, Dennis (5. 3. 2015). „Astronomers Observe Supernova and Find They're Watching Reruns”. New York Times. Приступљено 5. 3. 2015.

[origin_of_the_idea-3] Tilman Sauer (2008). „Nova Geminorum 1912 and the Origin of the Idea of Gravitational Lensing”. Archive for History of Exact Sciences. 62 (1): 1—22. Bibcode:2008AHES...62....1S. S2CID 17384823. arXiv:0704.0963  . doi:10.1007/s00407-007-0008-4.

[Early_History_of_Gravitational_Lensing-4] Turner, Christina (14. 2. 2006). „The Early History of Gravitational Lensing” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 25. 7. 2008. г.

[5] Bičák, Jiří; Ledvinka, Tomáš (2014). General Relativity, Cosmology and Astrophysics: Perspectives 100 years after Einstein's stay in Prague (illustrated изд.). Springer. стр. 49—50. ISBN 9783319063492.

[:0-6] „A brief history of gravitational lensing — Einstein Online”. www.einstein-online.info. Архивирано из оригинала 2016-07-01. г. Приступљено 2016-06-29.

[7] Bernard F. Schutz (1985). A First Course in General Relativity (illustrated, herdruk изд.). Cambridge University Press. стр. 295. ISBN 978-0-521-27703-7.

[8] Wolfgang Rindler (2006). Relativity: Special, General, and Cosmological (2nd изд.). OUP Oxford. стр. 21. ISBN 978-0-19-152433-2. Extract of page 21

[9] Gabor Kunstatter; Jeffrey G Williams; D E Vincent (1992). General Relativity And Relativistic Astrophysics - Proceedings Of The 4th Canadian Conference. World Scientific. стр. 100. ISBN 978-981-4554-87-9. Extract of page 100

[10] Pekka Teerikorpi; Mauri Valtonen; K. Lehto; Harry Lehto; Gene Byrd; Arthur Chernin (2008). The Evolving Universe and the Origin of Life: The Search for Our Cosmic Roots (illustrated изд.). Springer Science & Business Media. стр. 165. ISBN 978-0-387-09534-9. Extract of page 165

[11] „Gravitational lens | astronomy”. Encyclopedia Britannica (на језику: енглески). Приступљено 2021-05-29.

[12] Soldner, J. G. V. (1804). „On the deflection of a light ray from its rectilinear motion, by the attraction of a celestial body at which it nearly passes by”. Berliner Astronomisches Jahrbuch: 161—172.

[Opticks-13] Newton, Isaac (1998). Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Commentary by Nicholas Humez (Octavo изд.). Palo Alto, Calif.: Octavo. ISBN 978-1-891788-04-8. (Opticks was originally published in 1704).

[Schneider,_Peter;_Ehlers,_Jürgen;_Falco,_Emilio_E._1992-14] Schneider, Peter; Ehlers, Jürgen; Falco, Emilio E. (1992). Gravitational Lenses. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Press. ISBN 978-3-540-97070-5.

[15] Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton University Press. стр. 255–256. ISBN 978-0-691-13129-0.

[16] Will, C.M. (2006). „The Confrontation between General Relativity and Experiment”. Living Reviews in Relativity. 9 (1): 39. Bibcode:2006LRR.....9....3W. PMC 5256066  . PMID 28179873. arXiv:gr-qc/0510072  . doi:10.12942/lrr-2006-3.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]