Qual è l'effetto noto come lente gravitazionale? Come funziona? Quali oggetti sarebbero in grado di causare questo effetto?
Risposte:
La lente gravitazionale è la flessione della luce da parte di oggetti enormi tra l'osservatore (noi) e una fonte di luce di sfondo. È una previsione diretta della teoria della relatività generale di Einstein, ed è stata testata e confermata da Sir Aurther Eddington durante la famosa eclissi solare del 29 maggio 1919 , dove la posizione apparente di una stella molto vicina al sole è stata osservata in un luogo diverso - la posizione esatta è stata prevista con successo da GR.
Esistono molte situazioni che possono dare origine all'obiettivo gravitazionale. Questi regimi sono:
Forte lente
La lente forte è la forma visivamente più sbalorditiva della lente gravitazionale e, come suggerisce il nome, richiede un oggetto estremamente massiccio e un buon allineamento tra la lente e la sorgente. I cluster di galassie sono la causa più comune di forti lenti gravitazionali. Gli archi parziali, gli archi completi ( anelli di Einstein ) e le immagini multiple sono tutte potenti caratteristiche di lente gravitazionale che si possono osservare. Alcuni degli oggetti più comunemente studiati che producono forti caratteristiche di lente gravitazionale sono i cluster Abell , il più famoso dei quali è Abell 1689 (immagine sotto).
Le potenti funzionalità di lente come archi e anelli sono in genere dovute a oggetti estesi (come le galassie di sfondo che non fanno parte del cluster stesso) e le immagini multiple (per lo più sistemi quad-immagine) sono in genere oggetti come quasar di sfondo.
Debole lente
La lente gravitazionale debole si verifica molto più frequentemente della lente forte. Le lenti possono essere ammassi (nelle loro regioni esterne), singole galassie o persino strutture su larga scala nell'universo. Una lente debole non è un effetto evidente da parte degli occhi, piuttosto, deve essere fatto statisticamente. Le ellitticità di un campo di galassie di fondo sono osservate su una griglia e sono statisticamente mediate insieme per creare il segnale di lente debole. Le distorsioni di forma di queste galassie di fondo dovute all'obiettivo sono nella scala percentuale. Un presupposto importante, tuttavia, è che gli isofoti (linee di luce costante) delle galassie siano ellittici e i loro orientamenti siano completamente casuali. Con quello, qualsiasi reteil taglio tangenziale prodotto è dovuto all'obiettivo gravitazionale. Nell'immagine in basso (da in alto a sinistra a in basso a destra), la cornice in alto a sinistra mostra un campo non illuminato di galassie circolari e alla sua destra immediata mostra l'effetto del cristallino. L'immagine in basso a destra ha aggiunto un rumore di forma (un campo "realistico" di galassie di sfondo), e alla sua destra è come il campo avrebbe l'obiettivo.
Infine, gli effetti di distorsione della forma di ordine superiore, in particolare la Flessione , possono produrre le sorgenti di galassie estese non solo per tagliare, ma per flettersi. Questa è attualmente una cosa difficile da misurare.
microlensing
Il microlensing è un regime di lente che è più comune sulla scala della galassia della Via Lattea. Ciò può verificarsi quando le stelle di sfondo passano dietro le stelle di primo piano. La microlensing è in realtà abbastanza forte da produrre più immagini della stella di sfondo, ma poiché le separazioni delle immagini sono così piccole (scala dei micro-secondi d'arco - da qui il nome), ciò che osserviamo (poiché una risoluzione angolare di un micro-secondo d'arco è difficile da ottenere ) è un cambiamento nel flusso quando l'oggetto si sposta dentro e fuori l'allineamento con l'oggetto massiccio intermedio. È interessante notare che la microlensing si è rivelata utile nel rilevare pianeti attorno a sistemi di lenti stellari.
La lente gravitazionale è l'effetto che grandi quantità di gravità hanno sul percorso della luce. Ecco un esempio dell'effetto:
L'animazione mostra un buco nero che passa davanti a una galassia (simulato). In teoria, qualsiasi oggetto con una densità di massa superficiale superiore alla densità di massa critica della superficie sarebbe in grado di produrre simili effetti.
Quello che sta accadendo è che la luce procede in linea retta lungo il tessuto dello spaziotempo. Quando un oggetto molto massiccio è nel tessuto, piega il tessuto - poiché la luce segue una linea retta sul tessuto , anche la linea viene piegata. Ciò significa che la luce va in una linea non retta e quindi un effetto di lente.
Secondo questo tutorial della NASA , la lente gravitazionale è quando la luce emessa da un oggetto distante sarà piegata dal campo gravitazionale di un grande oggetto, come una galassia, che si trova tra noi e l'oggetto distante.
Di seguito è riportato un diagramma che riassume questo effetto:
Fonte: "Scoperta di una lente gravitazionale insolita" (Courbin et al.)
Una stella passa di fronte a un'altra dalla nostra prospettiva. Invece di bloccare semplicemente la luce della stella lontana, la luce della stella lontana che prima era diretta verso un lato, l'altro lato, sopra, sotto, - in effetti intorno all'altra stella - è ora piegata dall'influenza della gravità dalla stella vicina sui fotoni. Di conseguenza, più fotoni finiscono per seguire la nostra strada rispetto a prima.
Quali oggetti causerebbero questo effetto? Un oggetto massiccio che passa davanti a una stella.