Gravitacionnye linzy
24.08.2000 9:36 | K. A. Postnov/GAISh, Moskva
Gravitacionnymi linzami nazyvayut astronomicheskoe yavlenie, pri kotorom izobrazhenie kakogo-libo udalennogo istochnika (zvezdy, galaktiki, kvazara) okazyvaetsya iskazhennym iz-za togo, chto luch zreniya mezhdu istochnikom i nablyudatelem prohodit vblizi kakogo-nibud' prityagivayushego tela (naprimer, drugoi zvezdy, galaktiki ili dazhe skopleniya galaktik). Takim obrazom, lyuboe telo sposobno "sobirat'" parallel'nyi puchok sveta v nekotorom fokuse, sovershenno analogichno obychnym opticheskim linzam. Pravda, v otlichie ot privychnyh linz, "fokusnoe rasstoyanie" gravitacionnyh linz okazyvaetsya stol' bol'shim, chto tol'ko astronomicheskie ob'ekty bol'shoi massy tipa zvezd ili galaktik sposobny sozdavat' zametnyi effekt.
Otklonenie lucha sveta v pole tyazhesti predskazyvaetsya Obshei teoriei otnositel'nosti A.Einshteina. Chasticy sveta -- fotony obladayut energiei
(zdes' 
--
postoyannaya Planka
i 
-- chastota kolebanii
svetovoi volny). Znachit, formal'no foton mozhet
rassmatrivat'sya kak chastica s "massoi"
, gde 
-- skorost' sveta. Poetomu
traektoriya fotona, prolegayushaya vblizi
prityagivayushego tela, dolzhna otklonyat'sya ot
pryamoi linii. Etot effekt vpervye nablyudalsya
angliiskim astrofizikom A.Eddingtonom
v 1919 g.: vo vremya polnogo solnechnogo
zatmeniya on nablyudal zvezdy, kotorye dolzhny
byli by byt' zakryty diskom Solnca, esli by svet
ot nih rasproyatranyalsya po pryamoi linii. Ugol, na
kotoryi fotony otklonyalis' v pole tyazhesti
Solnca, v tochnosti sootvetstvoval predskazaniyam
teorii otnositel'nosti. V 1937 g. shveicarskii astronom F.Cvikki predlozhil ispol'zovat' yavlenie gravitacionnoi linzy, sozdavaemoi skopleniyami galaktik, dlya nablyudenii dalekih galaktik. Eta ideya polozhila nachalo ispol'zovaniyam gravitacionnyh linz v kosmologii. Odnako zadacha obnaruzheniya slabyh iskazhenii izobrazhenii dalekih istochnikov okazalas' nastol'ko slozhnoi, chto lish' v 1979 godu byla otkryta pervaya gravitacionnaya linza -- izobrazhenie kvazara Q0957+561 imelo svoego "dvoinika" s tem zhe spektrom i krasnym smesheniem. Pozzhe udalos' otnablyudat' samu linzu -- gigantskuyu galaktiku, okazavshuyusya na puti mezhdu kvazarom i nami.
Seichas izvestno uzhe neskol'ko nadezhnyh gravitacionnyh linz. V osnovnom eto dalekie kvazary, izobrazheniya kotoryh "razmnozheny" popadayushimi na luch zreniya bolee blizkimi galaktikami. Pochemu kvazary? Otvet yasen -- eto odni iz naibolee dalekih i yarkih ob'ektov vo Vselennoi, a znachit nablyudat' yavlenie gravitacionnoi linzy dlya nih naibolee prosto, ved' chem dal'she ot nas nahoditsya ob'ekt, tem bol'she veroyatnost', chto na luche zreniya popadetsya kakaya-nibud' galaktika. V obshem sluchae rasstoyaniya, kotorye prohodit svet ot raznyh izobrazheniya odnogo i togo zhe ob'ekta do nablyudatelya, neodinakovy. Poskol'ku, kak pravilo, izluchenie ot real'nyh astronomicheskih istochnikov (v chastnosti, ot kvazarov) peremenno, to po zaderzhke peremennosti izlucheniya ot raznyh izobrazhenii mozhno izmeryat' rasstoyaniya do linziruyushei galaktiki i do samogo istochnika, a tak kak krasnoe smeshenie kvazarov samo svyazano s rasstyaniem do nih, to poluchaetsya nezavisimyi sposob opredeleniya vazhnyh kosmologicheskih parametrov, v pervuyu ochered' postoyannoi Habbla.
V konce 80-h godov stali nablyudat'sya gravitacionnye linzy na skopleniyah galaktik (realizovalas' ideya Cvikki!). Pri etom bylo obnaruzheno, chto slabye golubye galaktiki, nahodyashiesya za linziruyushim skopleniem, imeyut vytyanutye dugoobraznye formy. Izuchaya izobrazheniya etih galaktik, iskazhennye skopleniem, mozhno sdelat' vyvod o raspredelenii veshestva v skoplenii i o ego polnoi masse (sm. ob etom v stat'e o skrytoi masse). Iz etih nablyudenii sleduet vyvod o sushestvovanii skrytoi massy v skopleniyah galaktik.
Eshe odno primenenie gravitacionnyh linz v astronomii nachalos' v 1990-h gg., kogda stalo vozmozhnym izmeryat' svetovye potoki odnovremenno ot ogromnogo kolichestva (milliony i desyatki millionov) zvezd s vysokoi tochnost'yu s pomosh'yu noveishih PZS-matric. Rech' idet o tak nazyvaemom yavlenii mikrolinzirovaniya. Po suti dela, kogda v kachestve linzy vystupaet celaya galaktika ili skoplenie galaktik, svet "prohodit" skvoz' samu linzu. A esli linza -- kompaktnoe neprozrachnoe telo, naprimer holodnyi belyi karlik ili neitronnaya zvezda? Vyshe my uzhe upomyanuli o pionerskih nablyudeniyah Eddingtonom otkloneniya sveta Solncem. Mozhno pokazat', chto ugol otkloneniya traektorii sveta ot pryamoi linii tem bol'she, chem blizhe ona prohodit k centru tyagoteyushego tela, to est' chem kompaktnee telo pri dannoi masse, tem sil'nee budut otklonyat'sya luchi sveta (yasno, chto v etom smysle chernaya dyra yavlyaetsya naibolee blagopriyatnoi gravitacionnoi linzoi). Yasno takzhe, chto v zavisimosti ot vzaimnogo raspolozheniya istochnika, nablyudatelya i tochechnoi linzy naidutsya takie traektorii luchei sveta ot istochnika, dlya kotoryh nablyudatel' budet nahoditsya pochti v fokuse. Chto eto znachit? Vspomnim provodimyi pochti kazhdym eksperiment s uvelichitel'nym steklom, solncem i listom bumagi. Poka izobrazhenie Solnca, sozdavaemoe lupoi, ne v fokuse, osveshennost' listka vnutri izobrazheniya ne sil'no otlichaetsya ot osveshennosti vne ego. No stoit tol'ko priblizit'sya k fokusu linzy, izobrazhenie Solnca "styagivaetsya" pochti v tochku, stanovitsya ochen' yarkim i skoncentrirovannaya energiya solnechnogo sveta dazhe sposobna vosplamenit' bumagu!
Dlya astronomicheskih neprozrachnyh gravitacionnyh linz (ih eshe nazyvayut mikrolinzami) eto oznachaet, chto pri dostatochno blizkom raspolozhenii linzy k luchu zreniya izobrazhenie istochnika mozhet sil'no iskazit'sya, a ego blesk mozhet uvelichit'sya. Teper' predstavim sebe, chto my nablyudaem plotnoe zvezdnoe pole (naprimer, Magellanovy Oblaka -- sputniki nashei Galaktiki). Esli by mezhdu nami i Magellanovymi oblakami ne bylo by nikakih tel, sposobnyh sozdavat' effekt gravitacionnoi mikrolinzy, to, nablyudaya za zvezdami, my poluchali by informaciyu ob ih sobstvennoi peremennosti i stroili zavisimosti ih bleska ot vremeni (tak nazyvaemye "krivye bleska") -- tak kak eto delayut issledovateli peremennyh zvezd uzhe mnogo stoletii. No esli mezhdu nami i etimi zvezdami vremya ot vremeni proletayut ne izluchayushie ili slabosvetyashiesya massivnye tela (naprimer, starye holodnye belye karliki, neitronnye zvezdy, chernye dyry ili planety tipa Yupitera), to poyavlyaetsya veroyatnost', chto pri dostatochno dolgom vremeni nablyudeniya takoe temnoe telo "proletit" tak blizko k luchu zreniya ot odnoi iz zvezd, chto blesk ee rezko uvelichitsya a zatem umen'shitsya (prichem absolyutno simmetrichno) za vremya takogo blizkogo proleta. Ochevidno, chem bolee plotnoe zvezdnoe pole my voz'mem (t.e. chem "tesnee" budut raspolagat'sya zvezdy drug k lrugu) i chem dol'she my budem sledit' za kazhdoi iz zvezd, tem bol'she shansov obnaruzhit' temnye tela.
Eta ideya byla razrabotana v seredine 80-h godov amerikanskim astrofizikom B.Pachin'skim. kachestve zvezdnogo polya on predlozhil ispol'zovat' Magellanovy Oblaka ili uplotnenie chisla zvezd vokrug centra nashei Galaktiki (tak nazyvaemye zvezdy "baldzha"). Neskol'ko grupp nablyudatelei iz SShA, Francii i drugih stran organizovali shodnye eksperimenty, i cherez god nepreryvnyh nablyudenii i obrabotki dannyh bylo naideno neskol'ko sobytii simmetrichnogo uvelicheniya i oslableniya bleska zvezd dlitel'nost'yu okolo 1 mesyaca, kotorye po vsem priznakam yavlyalis' mikrolinzirovaniem pri prolete temnyh tel. Kak seichas predstavlyaetsya, eti temnye tela imeyut massu gorazdo men'she Solnechnoi (sam metod mikrolinzirovaniya "chuvstvitelen" k poisku temnyh tel s massoi ot
do
mass Solnca).
Priroda ih do konca ne yasna. Vozmozhno,
eto planety tipa Yupitera ili ostyvshie belye
karliki. Eto, po-vidimomu, ne neitronnye zvezdy,
tak kak obychno massa neitronnyh zvezd blizka k 1.5
mass Solnca. Kak i vsyakie novye eksperimenty, nablyudeniya gravitacionnyh linz ne stol'ko otvetilo na starye voprosy, skol'ko postavilo novye. Odnako yasno, chto eto yavlenie uzhe stalo nezavisimym interesnym astronomicheskim metodom, s pomosh'yu kotorogo mozhno poluchat' vazhnuyu informaciyu o zagadochnoi temnoi materii, izmeryat' klyuchevye kosmologicheskie parametry i nablyudat' novye effekty v dvizhenii nebesnyh tel, kotorye nevozmozhno uvidet' tradicionnymi astronomicheskimi metodami.
K.A.Postnov
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
gravitacionnaya linza - Skrytaya massa - krasnoe smeshenie - Obshaya teoriya otnositel'nosti - Skoplenie galaktik - Mikrolinzirovanie
Publikacii so slovami: gravitacionnaya linza - Skrytaya massa - krasnoe smeshenie - Obshaya teoriya otnositel'nosti - Skoplenie galaktik - Mikrolinzirovanie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
