Кольцо Эйнштейна

Часть цикла статей о
Гравитационное линзирование
Кольцо Эйнштейна Формализм Сильное линзирование Микролинзирование Слабое линзирование
Системы сильных линз Abell 1689  · Abell 2218 CL0024 + 17  · Пули связки QSO2237 + 0305  · SDSSJ0946 + 1006 B1359 + 154  · QSO 0957 + 561
Обзоры Сильный: CLASS  · SLACS ( SDSS ) Micro: OGLE  · Gaia Слабый: DLS  · Pan-STARRS  · CFHTLS  · DES  · LSST  · SNAP  · DESTINY
v т е

Кольцо Эйнштейна , также известный как кольцо Эйнштейна-Chwolson или Chwolson кольца (названный по имени Хвольсон ), создается , когда свет от галактики или звезды проходит мимо массивного объекта на пути к Земле. Из-за гравитационного линзирования свет отклоняется, и кажется, что он исходит из разных мест. Если источник, линза и наблюдатель идеально совмещены, свет выглядит как кольцо.

Введение [ править ]

Гравитационное линзирование предсказывается общей теорией относительности Альберта Эйнштейна . ^[1] Вместо света от источника, движущегося по прямой линии (в трех измерениях), он искривляется из-за наличия массивного тела, которое искажает пространство-время . Кольцо Эйнштейна - это особый случай гравитационного линзирования, вызванный точным совмещением источника, линзы и наблюдателя. Это приводит к симметрии вокруг линзы, вызывая кольцевую структуру. ^[2]

Размер кольца Эйнштейна определяется радиусом Эйнштейна . В радианах это

${\ displaystyle \ theta _ {1} = {\ sqrt {{\ frac {4GM} {c ^ {2}}} \; {\ frac {D_ {LS}} {D_ {S} D_ {L}}} }},}$

где

${\ displaystyle G}$- гравитационная постоянная ,

${\ displaystyle M}$ масса линзы,

${\ displaystyle c}$это скорость света ,

${\ displaystyle D_ {L}}$- расстояние до линзы по угловому диаметру ,

${\ displaystyle D_ {S}}$- расстояние до источника по угловому диаметру , а

${\ displaystyle D_ {LS}}$- расстояние по угловому диаметру между линзой и источником. ^[3]

На космологические расстояния вообще.${\ Displaystyle D_ {LS} \ neq D_ {S} -D_ {L}}$

История [ править ]

Искривление света гравитационным телом было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1912 году, за несколько лет до публикации общей теории относительности в 1916 году (Renn et al. 1997). Эффект кольца был впервые упомянут в академической литературе Орестом Хвольсоном в короткой статье в 1924 году, в которой он упомянул «эффект ореола» гравитации, когда источник, линза и наблюдатель находятся в почти идеальном совмещении. ^[5] Эйнштейн отметил этот эффект в 1936 году в статье, написанной чешским инженером Р.В. Мандлом [1] , но заявил:

Конечно, нет никакой надежды непосредственно наблюдать это явление. Во-первых, мы вряд ли когда-нибудь подойдем достаточно близко к такой центральной линии. Во-вторых, угол β будет игнорировать разрешающую способность наших инструментов.

-  Наука, том 84, стр. 506, 1936 г.

(В этом утверждении β - это радиус Эйнштейна, который в настоящее время обозначается как в приведенном выше выражении.) Однако Эйнштейн рассматривал только возможность наблюдения колец Эйнштейна, созданных звездами, что является низким - шанс наблюдения колец, созданных более крупными линзами, такими как как галактики или черные дыры выше, поскольку угловой размер кольца Эйнштейна увеличивается с массой линзы.${\ displaystyle \ theta _ {1},}$

Первое полное кольцо Эйнштейна, обозначенную B1938 + 666, было обнаружено сотрудничество между астрономами в Университете Манчестера и НАСА «s космического телескопа Хаббла в 1998 году ^[6]

По-видимому, не было никаких наблюдений звезды, образующей кольцо Эйнштейна с другой звездой, но существует 45% -ная вероятность того, что это произойдет в начале мая 2028 года, когда альфа Центавра A пройдет между нами и далекой красной звездой. ^[7]

Известные кольца Эйнштейна [ править ]

В настоящее время известны сотни гравитационных линз. Около полдюжины из них представляют собой частичные кольца Эйнштейна с диаметром до угловой секунды , хотя, поскольку либо распределение масс линз не идеально осесимметрично , либо источник, линза и наблюдатель не идеально выровнены, нам еще предстоит увидеть идеальное кольцо Эйнштейна. Большинство колец было обнаружено в радиодиапазоне. Степень полноты, необходимая для того, чтобы изображение, видимое через гравитационную линзу, считалось кольцом Эйнштейна, еще предстоит определить.

Первое кольцо Эйнштейна было открыто Хьюиттом и др. (1988), которые наблюдали радиоисточник MG1131 + 0456 с помощью Very Large Array . Это наблюдение показало, что квазар, линзованный более близкой галактикой, на два отдельных, но очень похожих изображения одного и того же объекта, изображения растянуты вокруг линзы в почти полное кольцо. ^[10] Эти двойные изображения - еще один возможный эффект несовпадения источника, линзы и наблюдателя.

Первое полное кольцо Эйнштейна, которое было обнаружено, было B1938 + 666 , которое было обнаружено Кингом и др. (1998) с помощью оптического наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла гравитационной линзы, полученной с помощью MERLIN . ^{[6] [11]} Галактика, вызывающая линзу в B1938 + 666, является древней эллиптической галактикой , а изображение, которое мы видим через линзу, представляет собой темную карликовую спутниковую галактику , которую мы иначе не смогли бы увидеть с помощью современных технологий. ^[12]

В 2005 году объединенная мощность Sloan Digital Survey Sky (SDSS) с помощью космического телескопа Хаббла была использована в Sloan Lens ACS (SLACS) обследования , чтобы найти 19 новых гравитационных линз, 8 из которых показали Эйнштейна кольца, ^[13] они являются 8 показаны на соседнем изображении. По состоянию на 2009 год в ходе этого обзора было обнаружено 85 подтвержденных гравитационных линз, но пока не известно, сколько из них показывает кольца Эйнштейна. ^[14] Этот обзор ответственен за большинство недавних открытий колец Эйнштейна в оптическом диапазоне, ниже приведены некоторые примеры, которые были обнаружены:

• ДЛЯ J0332-3557 , обнаруженного Реми Кабанак и др. в 2005 г. ^[15], отличающийся высоким красным смещением, что позволяет нам использовать его для наблюдений за ранней Вселенной .
• « Космическая подкова » - это частичное кольцо Эйнштейна, которое наблюдалось через гравитационную линзу LRG 3-757, очень большой светящейся красной галактики. Он был открыт в 2007 г. В. Белокуровым и соавт. ^[16]
• SDSSJ0946 + 1006 , «двойное кольцо Эйнштейна» было обнаружено Рафаэлем Гавацци и Томассо Треу ^[17] в 2008 г. и примечательно наличием множества колец, наблюдаемых через одну и ту же гравитационную линзу, значение которых объясняется в следующем разделе, посвященном дополнительным материалам. кольца .

Другой пример - радио / рентгеновское кольцо Эйнштейна вокруг PKS 1830-211, которое необычно сильно для радио. ^[18] Это было обнаружено в рентгеновских лучах Варша Гупта и др. в рентгеновской обсерватории Чандра ^[19]. Он также примечателен тем, что это был первый случай линзирования квазара почти обращенной лицом к спиральной галактике . ^[20]

Существует также радио кольцо вокруг галактики MG1654 + 1346, изображение в кольце является то , что из Quasar радио доли , обнаруженной в 1989 году G.Langston и соавт. ^[21]

Дополнительные кольца [ править ]

С помощью космического телескопа Хаббла двойное кольцо было найдено Рафаэлем Гавацци из STScI и Томмазо Треу из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре . Это происходит из-за света трех галактик на расстояниях 3, 6 и 11 миллиардов световых лет. Такие кольца помогают понять распределение темной материи , темной энергии , природу далеких галактик и кривизну Вселенной . Шансы найти такое двойное кольцо вокруг массивной галактики - 1 к 10 000. Выборка 50 подходящих двойных колец предоставила бы астрономам более точное измерение содержания темной материи во Вселенной и уравнения состояния темной энергии с точностью до 10 процентов. ^[22]

Моделирование [ править ]

Ниже в разделе «Галерея» представлена ​​симуляция, изображающая увеличенное изображение черной дыры Шварцшильда в плоскости Млечного Пути между нами и центром галактики. Первое кольцо Эйнштейна находится в наиболее искаженной области изображения и показывает галактический диск.. Затем увеличение показывает серию из 4 дополнительных колец, которые становятся все тоньше и ближе к тени черной дыры. Это множественные изображения галактического диска. Первая и третья соответствуют точкам, которые находятся за черной дырой (с позиции наблюдателя) и соответствуют здесь ярко-желтой области галактического диска (близко к галактическому центру), тогда как вторая и четвертая соответствуют изображениям объектов, которые находятся позади наблюдателя, которые кажутся более синими, поскольку соответствующая часть галактического диска тоньше и, следовательно, здесь более тусклая.

Галерея [ править ]

• Некоторые наблюдали кольца Эйнштейна с помощью SLACS

• Изящные дуги вокруг SDSSJ0146-0929 являются примерами кольца Эйнштейна.

• Смоделированный вид черной дыры, проходящей перед галактикой.

• Монтаж кольца Эйнштейна SDP.81 и линзовой галактики

• Кольца Эйнштейна рядом с черной дырой

См. Также [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме колец Эйнштейна .

• Эйнштейн Кросс
• Радиус Эйнштейна
• С. Н. Рефсдал

Ссылки [ править ]

Журналы [ править ]

Новости [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Кочанек, CS; Китон, CR; Маклеод, BA (2001). «Важность колец Эйнштейна». Астрофизический журнал . 547 (1): 50–59. arXiv : astro-ph / 0006116 . Bibcode : 2001ApJ ... 547 ... 50K . DOI : 10.1086 / 318350 .