Die naghemel trek en beïndruk 'n persoon lankal met baie sterre.’n Amateurteleskoop kan’n veel groter verskeidenheid diepruimte-voorwerpe sien –’n oorvloed van trosse, sferiese en verspreide, newels en nabygeleë sterrestelsels. Maar daar is uiters skouspelagtige en interessante verskynsels wat slegs kragtige astronomiese instrumente kan opspoor. Onder sulke skatte van die heelal is die gebeure van gravitasielensing, en onder hulle is die sogenaamde Einstein se kruise. Wat dit is, sal ons in hierdie artikel uitvind.
Spasielense
'n Gravitasielens word geskep deur 'n kragtige gravitasieveld van 'n voorwerp met 'n beduidende massa (byvoorbeeld 'n groot sterrestelsel), wat per ongeluk vasgevang is tussen die waarnemer en een of ander verre ligbron - 'n kwasar, 'n ander sterrestelsel of 'n helder supernova.
Einstein se teorie van swaartekrag beskou gravitasievelde as vervormings van die ruimte-tyd kontinuum. Gevolglik is die lyne waarlangs ligstrale in die kortste tydsintervalle voortplant (geodesiese lyne) ookis gebuig. Gevolglik sien die waarnemer die beeld van die ligbron wat op 'n sekere manier verwring word.
Wat is die "Einstein-kruis"?
Die aard van die vervorming hang af van die konfigurasie van die gravitasielens en van sy posisie relatief tot die siglyn wat die bron en die waarnemer verbind. As die lens streng simmetries op die fokuslyn is, blyk die vervormde beeld ringvormig te wees, as die middelpunt van simmetrie verskuif word relatief tot die lyn, dan kan so 'n Einstein-ring in boë verdeel word.
Met 'n voldoende sterk verskuiwing, wanneer die afstande wat deur die lig gedek word aansienlik verskil, vorm lensing veelvuldige puntbeelde. Einstein se kruis, ter ere van die skrywer van die algemene relatiwiteitsteorie, binne die raamwerk waarvan hierdie soort verskynsels voorspel is, word die viervoudige prentjie van die lensbron genoem.
Kwasar in vier gesigte
Een van die mees "fotogeniese" viervoudige voorwerpe is die kwasar QSO 2237+0305 wat aan die konstellasie Pegasus behoort. Dit is baie ver weg: die lig wat deur hierdie kwasar vrygestel is, het meer as 8 miljard jaar gereis voordat dit die kameralense van grond- en ruimteteleskope getref het. Dit moet in gedagte gehou word met betrekking tot hierdie Einstein-kruis dat dit 'n eienaam is, hoewel nie-amptelik, en met 'n hoofletter geskryf is.
Baan die foto is die Einstein-kruis. Die sentrale kol is die kern van die lensende sterrestelsel. Die foto is deur die ruimte geneemdie Hubble-teleskoop.
Die sterrestelsel ZW 2237+030, wat as 'n lens optree, is 20 keer nader as die kwasar self. Interessant genoeg, as gevolg van die bykomende lenseffek wat deur individuele sterre geproduseer word, en moontlik sterreswerms of massiewe gas- en stofwolke in sy samestelling, ondergaan die helderheid van elk van die vier komponente geleidelike veranderinge, en ongelyke veranderinge.
Verskeidenheid vorms
Miskien is nie minder mooi nie die kruislens-kwasar HE 0435-1223, amper dieselfde afstand as QSO 2237+0305. Die gravitasielens, as gevolg van 'n heeltemal ewekansige stel omstandighede, neem hier so 'n posisie in dat al vier beelde van die kwasar byna eweredig geleë is en 'n byna reëlmatige kruis vorm. Hierdie buitengewoon skouspelagtige voorwerp is in die konstellasie Eridani geleë.
En uiteindelik 'n spesiale geleentheid. Sterrekundiges was gelukkig genoeg om op 'n foto vas te vang hoe 'n kragtige lens - 'n sterrestelsel in 'n groot groep op die voorgrond - visueel nie 'n kwasar vergroot het nie, maar 'n supernova-ontploffing. Die uniekheid van hierdie gebeurtenis is dat 'n supernova, anders as 'n kwasar, 'n korttermynverskynsel is. Die ontploffing, genaamd die Refsdal-supernova, het meer as 9 miljard jaar gelede in 'n verre sterrestelsel plaasgevind.
'n Rukkie later, aan die Einstein-kruis, wat die antieke sterontploffing versterk en vermenigvuldig het, 'n entjie verder weg, is nog 'n vyfde beeld bygevoeg, laat weens die eienaardighede van die lensstruktuur en, terloops, voorspelvooraf.
In die prentjie hieronder kan jy die "portret" van die supernova Refsdal sien, vermenigvuldig met swaartekrag.
Wetenskaplike betekenis van die verskynsel
Natuurlik speel so 'n verskynsel soos die Einstein-kruis nie net 'n estetiese rol nie. Die bestaan van voorwerpe van hierdie soort is 'n noodsaaklike gevolg van die algemene relatiwiteitsteorie, en die direkte waarneming daarvan is een van die mees ooglopende bevestigings van die geldigheid daarvan.
Saam met ander effekte van gravitasielens, trek dit die aandag van wetenskaplikes. Einstein se kruise en ringe maak dit moontlik om nie net sulke verre ligbronne te bestudeer wat nie in die afwesigheid van lense gesien kon word nie, maar ook die struktuur van die lense self – byvoorbeeld die verspreiding van donker materie in sterrestelselswerms.
Die studie van oneweredig gestapelde lensbeelde van kwasars (insluitend kruisvormiges) kan ook help om ander belangrike kosmologiese parameters, soos die Hubble-konstante, te verfyn. Hierdie onreëlmatige vorm van Einsteinse ringe en kruise word gevorm deur strale wat verskillende afstande in verskillende tye afgelê het. Daarom maak 'n vergelyking van hul meetkunde met helderheidsfluktuasies dit moontlik om groot akkuraatheid te bereik in die bepaling van die Hubble-konstante, en dus die dinamika van die Heelal.
In 'n woord, die wonderlike verskynsels wat deur gravitasielense geskep word, is nie net lus vir die oog nie, maar speel ook 'n ernstige rol in moderne ruimtewetenskappe.
