Сильне гравітаційне лінзування

Сильне гравітаційне лінзування — різновид гравітаційного лінзування, в якому викривлення світла є достатньо сильним, щоб створити кілька зображень, дуг або навіть кільця Ейнштейна. Як правило, для сильного лінзування прогнозована густина маси лінзи має бути більшою за критичну густину $\Sigma _{cr}$ . Тоді для для точкових фонових джерел утворюється кілька зображень, а для джерел скінченного розміру можуть утворюватся дуги або кільця. Топологічно створення кількох зображень регулюється теоремою про непарні числа^[1]. Сильне лінзування було передбачено загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна та відкрито Денісом Волшем^[en], Бобом Карсвелом і Реєм Вейманом^[en] у 1979 році^[2].

Спостереження

Галактичне лінзування

Джерело світла проходить позаду гравітаційної лінзи (точкова маса, розміщена в центрі зображення). Блакитне коло — це джерело, яким воно б виглядало, якби не було лінзи. Білі плями — це кілька зображень джерела.

В цьому випадку лінзою виступає галактика. Якщо фоновим джерелом є квазар або нерозрізнений релятивістський струмінь, то лінзована картина являє собою точкові множинні зображення. Якщо фоновим джерелом є галактика або протяжний струмінь, лінзовані зображення можуть бути дугами або кільцями. Станом на 2017 рік було помічено кілька сотень сильних лінзувань галактик на галактиках^[3]. Очікується, що майбутні дослідження обсерваторії Віри Рубін і Евкліда виявлять понад 100 000 таких об'єктів^[4].

Кластерне лінзування

В цьому випадку лінзою виступає скупчення галактик. Така лінза, як правило, достатньо потужна, щоб одночасно призводити і до сильного лінзування (множинні зображення, дуги чи кільця), і до слабкого лінзування (зміна видимої еліптичні окремих галактик). Відомим прикладом є лінза під назвою «Розплавлене кільце»^[5].

Астрофізичні застосування

Профілі маси

Оскільки гравітаційне лінзування є ефектом, який залежить лише від гравітаційного потенціалу, його можна використовувати для визначення розподілу маси в гравітаційних лінзах шляхом підгонки теоретичної моделі розподілу маси під видиму гнометрію лінзованих зображень або дуг. Зокрема, астрономи цікавляться застосуванням гравітаційного лінзування до дослідження гало темної матерії та розподілу маси в центрах галактик^[6].

Затримки часу

Оскільки під час сильного лінзування світлові промені проходять різними шляхами, вони мають різну довжину ходу та різну затримку локальними гравітаційними потенціалами. Затримку в часі між різними зображеннями можна теоретично визначити за допомогою моделі маси та космологічної моделі. Цю ж затримку в часі можна виміряти зі спостережень, якщо лінзоване джерело демонструє змінність. Порівнюючи теоретичні передбачення зі спостереженнями, можна уточнити космологічні константи, зокрема, сталу Габбла^[7].

Галерея

Система SDSS J0928+2031 з гравітаційним лінзуванням^[8]
SDSS J1138+2754 знятий космічним телескопом Габбл^[9]
Сильне гравітаційне лінзування навколо GAL-CLUS-022058s під назвою «Розплавлене кільце»^[10]

Примітки

↑ Mediavilla, Evencio (2016). Astrophysical Applications of Gravitational Lensing. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-07854-3.
↑ Bernstein, G. M.; Tyson, J. A.; Kochanek, C. S. (1993). A large arc in the gravitational lens system 0957 + 561. The Astronomical Journal. 105: 816. Bibcode:1993AJ....105..816B. doi:10.1086/116474. ISSN 0004-6256.
↑ Wang, Lin; Shu, Yiping; Li, Ran; Zheng, Zheng; Wen, Zhonglue; Liu, Guilin (28 березня 2017). SDSS J1640+1932: a spectacular galaxy–quasar strong lens system. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Oxford University Press (OUP). 468 (3): 3757—3763. arXiv:1703.07495. Bibcode:2017MNRAS.468.3757W. doi:10.1093/mnras/stx733. ISSN 0035-8711.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑ Collett, Thomas E. (2015). The population of galaxy-galaxy strong lenses in forthcoming optical imaging surveys. The Astrophysical Journal. 811 (1): 20. arXiv:1507.02657. Bibcode:2015ApJ...811...20C. doi:10.1088/0004-637X/811/1/20. ISSN 1538-4357.
↑ Tuesday, Hailey Rose McLaughlin. Hubble captures a clear shot of a 'Molten Ring'. Astronomy.com (англ.).
↑ Kochanek, C. S. (2006). Strong Gravitational Lensing. Gravitational Lensing: Strong, Weak and Micro. Saas-Fee Advanced Courses. Т. 33. с. 91—268. doi:10.1007/978-3-540-30310-7_2. ISBN 978-3-540-30309-1.
↑ Courbin, Frédéric; Minniti, Dante (2002). Gravitational Lensing: An Astrophysical Tool. Lecture Notes in Physics. Т. 608. doi:10.1007/3-540-45857-3. ISBN 978-3-540-44355-1. ISSN 0075-8450.
↑ Peering into the past. www.spacetelescope.org (англ.). Процитовано 21 січня 2019.
↑ Awesome gravity. www.spacetelescope.org. Процитовано 10 вересня 2018.
↑ Jenner, Lynn (22 вересня 2021). Hubble Snapshot of "Molten Ring" Galaxy Prompts New Research. NASA.

[Mediavilla_2016_p.-1] Mediavilla, Evencio (2016). Astrophysical Applications of Gravitational Lensing. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-07854-3.

[BernsteinTyson1993-2] Bernstein, G. M.; Tyson, J. A.; Kochanek, C. S. (1993). A large arc in the gravitational lens system 0957 + 561. The Astronomical Journal. 105: 816. Bibcode:1993AJ....105..816B. doi:10.1086/116474. ISSN 0004-6256.

[Wang_Shu_Li_Zheng_pp._3757–3763-3] Wang, Lin; Shu, Yiping; Li, Ran; Zheng, Zheng; Wen, Zhonglue; Liu, Guilin (28 березня 2017). SDSS J1640+1932: a spectacular galaxy–quasar strong lens system. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Oxford University Press (OUP). 468 (3): 3757—3763. arXiv:1703.07495. Bibcode:2017MNRAS.468.3757W. doi:10.1093/mnras/stx733. ISSN 0035-8711.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)

[Collett2015-4] Collett, Thomas E. (2015). The population of galaxy-galaxy strong lenses in forthcoming optical imaging surveys. The Astrophysical Journal. 811 (1): 20. arXiv:1507.02657. Bibcode:2015ApJ...811...20C. doi:10.1088/0004-637X/811/1/20. ISSN 1538-4357.

[MoltenRing3-5] Tuesday, Hailey Rose McLaughlin. Hubble captures a clear shot of a 'Molten Ring'. Astronomy.com (англ.).

[Kochanek2006-6] Kochanek, C. S. (2006). Strong Gravitational Lensing. Gravitational Lensing: Strong, Weak and Micro. Saas-Fee Advanced Courses. Т. 33. с. 91—268. doi:10.1007/978-3-540-30310-7_2. ISBN 978-3-540-30309-1.

[CourbinMinniti2002-7] Courbin, Frédéric; Minniti, Dante (2002). Gravitational Lensing: An Astrophysical Tool. Lecture Notes in Physics. Т. 608. doi:10.1007/3-540-45857-3. ISBN 978-3-540-44355-1. ISSN 0075-8450.

[8] Peering into the past. www.spacetelescope.org (англ.). Процитовано 21 січня 2019.

[9] Awesome gravity. www.spacetelescope.org. Процитовано 10 вересня 2018.

[MoltenRing1-10] Jenner, Lynn (22 вересня 2021). Hubble Snapshot of "Molten Ring" Galaxy Prompts New Research. NASA.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]