Βαρυτικός φακός: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Επόμενη διαφορά →
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
ΟπτικήΚώδικας wiki
Νέα σελίδα: Αρχείο:A Horseshoe Einstein Ring from Hubble.JPG|thumb|right|355px|Ο φωτεινός ερυθρός γαλαξίας στο κέντρο κάμπτει με τη β...
(Καμία διαφορά)

Έκδοση από την 05:55, 28 Οκτωβρίου 2018

Ο φωτεινός ερυθρός γαλαξίας στο κέντρο κάμπτει με τη βαρύτητά του το φως που έρχεται από έναν πολύ πιο μακρινό γαλάζιο γαλαξία, δημιουργώντας έναν σχεδόν πλήρη δακτύλιο. Τέτοιοι σχηματισμοί ονομάζονται «δακτύλιοι του Αϊνστάιν».

Βαρυτικός φακός (αγγλ. gravitational lens) ονομάζεται κάθε κατανομή ύλης (όπως ένας γαλαξίας ή σμήνος γαλαξιών) που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός και έναν παρατηρητή, και καμπυλώνει τη διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο χαρακτηρίζεται ως βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της σχετικότητας.[1][2] (Η κλασική φυσική προβλέπει επίσης την καμπύλωση του φωτός, αλλά στο μισό από όσο η Γενική σχετικότητα.[3])

Παρότι ο Αϊνστάιν είχε πραγματοποιήσει το 1912 αδημοσίευτους υπολογισμούς για το θέμα[4], οι Ορέστ Χβόλσον[5] (1924) και Φράντισεκ Λινκ (1936) είναι αυτοί που γενικώς πιστώνονται με τις πρώτες δημοσιευμένες μελέτες του φαινομένου. Ο Αϊνστάιν συνδέεται συνήθως με τους βαρυτικούς φακούς χάρη σε ένα γνωστό του άρθρο, το οποίο δημοσίευσε[6] το 1936.

Οι παραπάνω μελέτες ήταν όλες θεωρητικές. Μόλις το 1979 παρατηρήθηκε στο Σύμπαν το φαινόμενο του βαρυτικού φακού, με την ανακάλυψη του «Δίδυμου Κβάζαρ» (SBS 0957+561) στη Μεγάλη Άρκτο.

Περιγραφή

Γαλαξίας ως βαρυτικός φακός, που τροποποιεί το είδωλο ενός μακρινού γαλαξία σε διάφορες θέσεις πίσω του (καλλιτεχνική απόδοση).
Σχηματικό διάγραμμα για το πώς το φως μακρινού γαλαξία παραμορφώνεται από τη βαρύτητα ενός κοντινού γαλαξία-φακού. Τα ραδιοτηλεσκόπια αριστερά παρατηρούν τους χαρακτηριστικούς δακτυλίους.
Οι βαρυτικοί φακοί προσφέρουν και μεγέθυνση: η ανάλυση της παραμορφώσεως του SDP.81 την οποία προκαλεί το φαινόμενο, έχει αποκαλύψει περιοχές έντονου αστρικού σχηματισμού (φωτεινοί σβώλοι) στον μακρινό γαλαξία.

Αντίθετα με έναν συνηθισμένο φακό, ένας βαρυτικός φακός εκτρέπει (πολύ) περισσότερο το φως που περνά πιο κοντά από το κέντρο του και (πολύ) λιγότερο το φως που περνά πιο μακριά από αυτό. Κατά συνέπεια δεν έχει μοναδικό σημείο ως εστία, αλλά μία γραμμή (εστιακή γραμμή). Ο όρος «φακός» για τη βαρυτική κάμψη των φωτεινών ακτίνων χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον O.J. Lodge, ο οποίος σχολίασε ότι «δεν είναι επιτρεπτό να λέμε ότι το ηλιακό βαρυτικό πεδίο δρα ως φακός, διότι δεν έχει εστιακή απόσταση».[7] Αν η φωτεινή πηγή, ο «φακός» και ο παρατηρητής βρίσκονται ακριβώς στην ίδια ευθεία. η αρχική πηγή θα εμφανισθεί ως ένας δακτύλιος γύρω από το σώμα που δρα ως φακός. Αν υπάρχει κάποια απόκλιση από αυτή την ευθεία, ο παρατηρητής θα δει ένα τμήμα του δακτυλίου, ένα φωτεινό τόξο. Αυτά αναφέρθηκαν για πρώτη φορά το 1924 από τον Ρώσο φυσικό Ορέστ Χβόλσον (Chwolson)[8] και ποσοτικοποιήθηκαν από τον Αϊνστάιν το 1936, οπότε αναφέρονται συνήθως ως «δακτύλιοι του Αϊνστάιν», αλλά κάποτε ως «δακτύλιοι Einstein–Chwolson» ή και ως «δακτύλιοι Chwolson». Συνήθως η μάζα που δρα ως φακός έχει πολύπλοκη κατανομή (π.χ. όταν είναι ομάδα ή σμήνος γαλαξιών), οπότε δεν προκαλεί σφαιρική παραμόρφωση του χωρόχρονου και το είδωλο της πηγής θα έχει το σχήμα πολλών τόξων γύρω από τον φακό. Ο παρατηρητής μπορεί ίσως να δει πολλαπλά παραμορφωμένα είδωλα της ίδιας πηγής. Ο αριθμός και το σχήμα τους εξαρτάται από τις σχετικές θέσεις της πηγής, του φακού και του παρατηρητή, αλλά και από το σχήμα του βαρυτικού πεδίου του φακού.[9]

Υπάρχουν τρεις τάξει βαρυτικής εστιάσεως[7][10]:

1. Η ισχυρή βαρυτική εστίαση, στην οποία οι παραμορφώσεις είναι εύκολα/άμεσα ορατές, όπως με τον σχηματισμό δακτυλίων, τόξων και πολλαπλών ειδώλων.

2. Η ασθενής βαρυτική εστίαση, στην οποία οι παραμορφώσεις των πηγών είναι πολύ μικρότερες και μπορούν να ανιχνευθούν μόνο με τη στατιστική ανάλυση μεγάλου αριθμού πηγών για τον εντοπισμό παρόμοιων παραμορφώσεων. Το φαινόμενο παρουσιάζεται στατιστικώς ως μια προτιμώμενη διάταξη των μακρινών πηγών σε διεύθυνση κάθετη ως προς τη διεύθυνση προς το κέντρο του φακού. Μετρώντας τα σχήματα και τους προσανατολισμούς πολλών μακρινών γαλαξιών, μπορούμε να εξαγάγουμε τον μέσο όρο των προσανατολισμών του, για τη μέτρηση του βαρυτικού πεδίου-φακού σε κάθε περιοχή. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί με τη σειρά του να χρησιμεύσει στο να ανακατασκευασθεί η κατανομή μάζας στην περιοχή, και ειδικότερα η κατανομή της σκοτεινής ύλης. Αυτές οι επισκοπήσεις για τον εντοπισμό ασθενούς εστιάσεως πρέπει να προσέχουν για να αποφεύγουν σημαντικά αίτια συστηματικού σφάλματος: το αληθινό σχήμα των γαλαξιών, την τάση μιας κάμερας να παραμορφώνει το σχήμα ενός γαλαξία και η παραμόρφωση των σχημάτων από την ατμοσφαιρική τύρβη πρέπει να λαβαίνονται υπόψη. Τα αποτελέσματα τέτοιων επισκοπήσεων είναι σημαντικά για την εκτίμηση κοσμολογικών παραμέτρων, για την καλύτερη κατανόηση και τη βελτίωση του τρέχοντος κοσμολογικού μοντέλου Λ-CDM. Μπορεί επίσης να δώσουν στο μέλλον ένα σημαντικό όριο για τη σκοτεινή ενέργεια.

3. Η μικροεστίαση, στην οποία δεν διακρίνεται παραμόρφωση στο σχήμα, αλλά η ποσότητα του φωτός που δεχόμαστε από ένα ουράνιο σώμα στο υπόβαθρο μεταβάλλεται ως συνάρτηση του χρόνου. Στην τυπική περίπτωση, ο βαρυτικός φακός είναι μεμονωμένος αστέρας του Γαλαξία μας.

Και στις δύο πρώτες περιπτώσεις το φαινόμενο του βαρυτικού φακού χρειάζεται ισχυρές μεγεθύνσεις για να παρατηρηθεί, καθώς ακόμα και ένας γαλαξίας με μάζα άνω των 100 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών θα σχηματίσει είδωλα που απέχουν μόλις λίγα δευτερόλεπτα της μοίρας από αυτόν. Τα σμήνη γαλαξιών μπορούν να δώσουν διαχωρισμούς αρκετών λεπτών της μοίρας. Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, οι γαλαξίες και οι πηγές είναι πολύ μακρινά, περισσότερο από ένα δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

Οι βαρυτικοί φακοί δρουν εξίσου επί όλου του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, και όχι μόνο του ορατού φωτός. Φαινόμενα βαρυτικής εστιάσεως μελετώνται στην περίπτωση της ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων όπως και στις επισκοπήσεις για γαλαξίες. Ισχυρή βαρυτική εστίαση έχει παρατηρηθεί, εκτός από το φως, στα ραδιοκύματα και στις ακτίνες Χ. Αν ένας ισχυρός φακός παράγει δύο ή περισσότερα διαφορετικά είδωλα, θα υπάρχει μία σχετική χρονική καθυστέρηση στους χρόνους αφίξεως από τις διαφορετικές διαδρομές.

Ιστορία

Μία από τις φωτογραφίες του Έντινγκτον από την έκλειψη Ηλίου του 1919, παρουσιασμένη στη δημοσίευση που ανήγγελλε την επιτυχία της ανιχνεύσεως βαρυτικής εστιάσεως

Ο Χένρι Κάβεντις το 1784 (σε αδημοσίευτο χειρόγραφο) και ο Γιόχαν Γκέοργκ φον Ζόλντνερ το 1801 (δημοσ. 1804) είχαν επισημάνει ότι η νευτώνεια βαρύτητα προβλέπει την καμπύλωση του φωτός των αστέρων γύρω από ένα σώμα μεγάλης μάζας[11], όπως είχε εξάλλου υποθέσει και ο ίδιος ο Νεύτων το 1704 («Queries», στο βιβλίο του Opticks.[12] Την ίδια τιμή με αυτή που είχε βρει ο φον Ζόλντνερ υπολόγισε και ο Αϊνστάιν το 1911 βασισμένος μόνο πάνω στην Αρχή της ισοδυναμίας.[7] Ωστόσο, εκπονώντας τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας το 1915, σημείωσε ότι αυτό ήταν μόνο το ήμισυ της σωστής τιμής. Einstein became the first to calculate the correct value for light bending.[13]

Η πρώτη απόπειρα για παρατήρηση της αποκλίσεως του φωτός έγινε με τη μέτρηση της φαινομενικής θέσεως αστέρων το φως των οποίων περνούσε πολύ κοντά στον Ήλιο, αλλά γίνονταν ορατά εξαιτίας μιας ολικής ηλιακής εκλείψεως. Αυτό πραγματοποιήθηκε στις 29 Μαΐου 1919 από τους Έντινγκτον, Φρανκ Γουότσον Ντάυσον και τους συνεργάτες τους.[14]


Παραπομπές

  1. ↑ Drakeford, Jason; Corum, Jonathan; Overbye, Dennis (5 Μαρτίου 2015). «Einstein’s Telescope - video (02:32)». New York Times. https://www.nytimes.com/video/science/100000003552687/out-there-einsteins-telescope.html. Ανακτήθηκε στις 27 Δεκεμβρίου 2015. 
  2. ↑ Overbye, Dennis (5 Μαρτίου 2015). «Astronomers Observe Supernova and Find They’re Watching Reruns». New York Times. https://www.nytimes.com/2015/03/06/science/astronomers-observe-supernova-and-find-theyre-watching-reruns.html. Ανακτήθηκε στις 5 Μαρτίου 2015. 
  3. ↑ Cf. Kennefick 2005, Ohanian & Ruffini 1994, ch. 4.3.
  4. ↑ Tilman Sauer (2007). «Nova Geminorum 1912 and the Origin of the Idea of Gravitational Lensing». Archive for History of Exact Sciences 62 (1): 1–22. doi:10.1007/s00407-007-0008-4. 
  5. ↑ Turner, Christina (14 Φεβρουαρίου 2006). «The Early History of Gravitational Lensing» (PDF). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 25 Ιουλίου 2008. 
  6. ↑ Σφάλμα αναφοράς: Σφάλμα παραπομπής: Λανθασμένο <ref>. Δεν υπάρχει κείμενο για τις παραπομπές με όνομα :0.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Schneider, Peter· Ehlers, Jürgen· Falco, Emilio E. (1992). Gravitational Lenses. Springer-Verlag. ISBN 3-540-97070-3. 
  8. ↑ Gravity Lens – Part 2 (Great Moments in Science, ABS Science)
  9. ↑ Dieter Brill: «Black Hole Horizons and How They Begin», Astronomical Review (2012), άρθρο online
  10. ↑ Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton University Press. σελίδες 255–256. ISBN 0-691-13129-5. 
  11. ↑ Soldner, J.G.V. (1804). «On the deflection of a light ray from its rectilinear motion, by the attraction of a celestial body at which it nearly passes by». Berliner Astronomisches Jahrbuch: 161–172. 
  12. ↑ Newton, Isaac (1998). Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Commentary by Nicholas Humez (Octavo έκδοση). Palo Alto, Calif.: Octavo. ISBN 1-891788-04-3. .
  13. ↑ Will, C.M. (2006). «The Confrontation between General Relativity and Experiment». Living Reviews in Relativity 9: 39. doi:10.12942/lrr-2006-3. Bibcode: 2006LRR.....9....3W. http://www.livingreviews.org/lrr-2006-3. 
  14. ↑ Dyson, F.W.; Eddington, A. S.; Davidson C. (1920). «A determination of the deflection of light by the Sun's gravitational field, from observations made at the total eclipse of 29 May 1919». Philosophical Transactions of the Royal Society 220A (571–581): 291–333. doi:10.1098/rsta.1920.0009. Bibcode: 1920RSPTA.220..291D. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

CC-BY-SA
Μετάφραση 		Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Gravitational lens της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 4.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Καθιερωμένοι όροι
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Βαρυτικός_φακός&oldid=7272968"