الفلك

صور عدسة الجاذبية

صور عدسة الجاذبية

أتوقع أن يحول انعكاس الجاذبية الجسم إلى صورة حلقة. لكنني رأيت في بعض المواقف أنه يتم تشكيل صور متعددة بدلاً من ذلك. على سبيل المثال ، تقاطع أينشتاين في الصورة أدناه ، ويتكون من أربع صور:

لماذا هو كذلك؟


كما هو مذكور في التعليقات ، ستحدث الحلقة (بشكل مثالي) فقط إذا كان لديك محاذاة مثالية للمصدر والعدسة والمراقب. هذا صحيح بالنسبة للمصادر النقطية ، بالنسبة للمصادر الموسعة ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا.

تحدث الصور المزدوجة والرباعية عندما يكون المصدر صغيرًا وليس في محاذاة مثالية - عادةً ما يكون الكوازار ، كما في المثال الخاص بك. من أجل الاكتمال ، سيكون هذا في الواقع ثلاثيًا أو خماسيًا ، لكن الصورة الثالثة / الخامسة قريبة جدًا من المركز ، وتغلب عليها العدسة ، ومكبرة بشكل كبير (باهتة).

هناك أمثلة على الحلقات وشبه الحلقات ، لكنها تميل إلى أن تكون مصادر ممتدة ، أي المجرات. من الأرجح أن جزءًا من مصدر ممتد يتماشى مع العدسة والمراقب أكثر من كونه مصدرًا نقطيًا.


(صورة حدوة الحصان الكونية)

في مثالك ، إذا أمكن رؤية المجرة المضيفة لهذا الكوازار ، فقد تكون حلقة أينشتاين (أو شكل بيضاوي ، حيث تبدو العدسة غير متماثلة إلى حد ما).


صورة اليوم لعلم الفلك

اكتشف الكون! تُعرض كل يوم صورة أو صورة مختلفة لكوننا الرائع ، جنبًا إلى جنب مع شرح موجز مكتوب بواسطة عالم فلك محترف.

1 يونيو 1999
معرض لسراب الجاذبية
تنسب إليه: كافان راتناتونجا (كارنيجي ميلون يو) وآخرون ، إتش إس تي ، ناسا

تفسير: كلما تعمقت في الكون ، زادت صعوبة الرؤية بشكل مستقيم. والسبب هو أن المجرات البعيدة تعمل كعدسات جاذبية ، وتحرف الضوء الذي يمر في مكان قريب. تؤدي هذه الانحرافات إلى تشويه مصادر الخلفية ، وفي بعض الحالات إنشاء صور متعددة. في الصورة أعلاه ، تم العثور على القطع الأثرية المرشحة لعدسات الجاذبية في صور من المسح العميق العميق الذي تم إجراؤه باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. تتضمن صور مصدر الخلفية التي يتم عدساتها بواسطة المجرات الأمامية الكوازارات ، التي تظهر على هيئة لطخات زرقاء متعددة ، ومجرات ، مشوهة إلى أقواس منحنية. من بين المرشحين غير العاديين والمثيرين للاهتمام لعدسات الجاذبية قرص مجرة ​​على الحافة يمكن أن يعمل كعدسة (أعلى اليسار) وصورة تسمى مترو أنفاق لندن (أقصى اليسار) والتي يمكن أن تكون تشويهًا لمجرة في الخلفية إلى حلقة أينشتاين البصرية .


محاكاة عدسة الجاذبية

الفيديو أدناه هو عرض توضيحي لكيفية عمل عدسة الجاذبية. يوضح الفيديو كيف ستتغير رؤيتنا لمجرة ويربول اعتمادًا على المكان الذي وُضِعت فيه خلف مجموعة المجرات.

تُظهر المحاكاة أعلاه مجرة ​​ويرلبول ، المعروفة أيضًا باسم M51 ، وهي تكتسح خلف مجموعة المجرات Abel 2744. أثناء تحركها ، تشوه جاذبية العنقود المجري الضوء من مجرة ​​Whirpool ، وتشوهها وتضخمها بل وتضاعف صورتها . [2]


عدسة الجاذبية

تشوه تأثيرات عدسات الغلاف الجوي نظرتنا للأجسام البعيدة بشكل مشابه ، دون أدنى شك ، فإن عدسة الجاذبية تشوش رؤيتنا للكون البعيد وتؤثر على فهمنا المادي لفئات مختلفة من الأجسام خارج المجرة. نلخص هنا جزءًا من الأدلة النظرية والرصدية التي تدعم هذه الادعاءات.

بعد مراجعة تاريخ عدسات الجاذبية بإيجاز ، نتذكر المبادئ الأساسية الكامنة وراء تكوين الصور بعدسة الجاذبية للمصادر الكونية البعيدة. نصف تجربة عدسة بصرية بسيطة ، والتي تم عرضها بالفعل أثناء الخطاب الشفوي ، والتي تمثل جميع أنواع أنظمة عدسات الجاذبية المعروفة حاليًا.

تتم مراجعة مختلف عمليات البحث الضوئية والراديوية لأنظمة عدسات الجاذبية الجديدة التي يتم إجراؤها في المراصد الرئيسية. ثم يتم تقديم أحدث الملاحظات لأنظمة عدسات الجاذبية المختارة ، والتي تم الحصول عليها باستخدام تلسكوبات أرضية عالية الأداء. تتضمن هذه الأمثلة عدة أمثلة لصور QSO المضاعفة ، وحلقات الراديو والأقواس المضيئة العملاقة.

من خلال نمذجة هذه الأجسام الغامضة ، نظهر كيف يمكن وزن كتلة المجرات ذات العدسات البعيدة وكذلك التحقيق في توزيع المادة المضيئة والمظلمة في الكون. من بين الاهتمامات الفيزيائية الفلكية والكونية لرصد العدسات التثاقلية ودراستها ، نناقش أيضًا إمكانية اشتقاق قيمة معلمة هابل H o من قياس التأخير الزمني ، وكيفية تحديد حجم وبنية الكوازارات البعيدة عبر الرصد المرصود. دراسة تأثيرات العدسات الدقيقة.

في نهاية هذه الورقة ، نخلص إلى كيفية تحقيق الأهداف الفلكية الفيزيائية والكونية الرئيسية في المستقبل القريب من خلال تخصيص تلسكوب متوسط ​​الحجم (2-3 م) للمقياس الضوئي في موقع يتمتع بظروف رؤية جيدة للغلاف الجوي مراقبة الصور المتعددة لأنظمة عدسات الجاذبية المعروفة والمشتبه بها.


صور عدسة الجاذبية - علم الفلك

ملاحظة: سيتم إيقاف هذا الموقع في 25 يونيو 2021. في ذلك الوقت ، ستتم إعادة توجيهك تلقائيًا إلى Hubblesite.org ، موقع الويب أحادي المصدر الخاص بنا لتلسكوب هابل الفضائي.

عدسة الجاذبية في مجموعة المجرة أبيل 370

تفاصيل عدسة الجاذبية في Abell 370

تفاصيل صورة هابل أبيل 370

عدسة الجاذبية COSMOS 0038 + 4133

عدسة الجاذبية COSMOS 0211 + 1139

عدسة الجاذبية COSMOS 5921 + 0638

عدسة الجاذبية COSMOS 0018 + 3845

عدسة الجاذبية COSMOS 0013 + 2249

عدسة الجاذبية COSMOS 0047 + 5023

مجرة الكتلة أبيل 1689

نظام عدسة الجاذبية SDSSJ0946 + 1006 (حلقة آينشتاين المزدوجة)

نظام عدسة الجاذبية SDSSJ0946 + 1006 (تكبير حلقة آينشتاين المزدوجة)


صور عدسة الجاذبية - علم الفلك

تشوه تأثيرات عدسات الغلاف الجوي نظرتنا للأجسام البعيدة بشكل مشابه ، دون أدنى شك ، فإن عدسة الجاذبية تشوش رؤيتنا للكون البعيد وتؤثر على فهمنا المادي لفئات مختلفة من الأجسام خارج المجرة. نلخص هنا جزءًا من الأدلة النظرية والرصدية التي تدعم هذه الادعاءات.

بعد مراجعة تاريخ عدسات الجاذبية بإيجاز ، نتذكر المبادئ الأساسية الكامنة وراء تكوين الصور بعدسة الجاذبية للمصادر الكونية البعيدة. نصف تجربة عدسة بصرية بسيطة ، والتي تم عرضها بالفعل أثناء الخطاب الشفوي ، والتي تمثل جميع أنواع أنظمة عدسات الجاذبية المعروفة حاليًا.

تتم مراجعة مختلف عمليات البحث الضوئية والراديوية لأنظمة عدسات الجاذبية الجديدة التي يتم إجراؤها في المراصد الرئيسية. ثم يتم تقديم أحدث الملاحظات لأنظمة عدسات الجاذبية المختارة ، والتي تم الحصول عليها باستخدام تلسكوبات أرضية عالية الأداء. تتضمن هذه الأمثلة عدة أمثلة لصور QSO المضاعفة ، وحلقات الراديو والأقواس المضيئة العملاقة.

من خلال نمذجة هذه الأجسام الغامضة ، نظهر كيف يمكن وزن كتلة المجرات ذات العدسات البعيدة وكذلك التحقيق في توزيع المادة المضيئة والمظلمة في الكون. من بين الاهتمامات الفيزيائية الفلكية والكونية لرصد العدسات التثاقلية ودراستها ، نناقش أيضًا إمكانية اشتقاق قيمة معلمة هابل هو من قياس التأخير الزمني ، وكيفية تحديد حجم وبنية الكوازارات البعيدة عبر الدراسة الرصدية. من تأثيرات العدسة الدقيقة.

في نهاية هذه الورقة ، نخلص إلى كيفية تحقيق الأهداف الفلكية الفيزيائية والكونية الرئيسية في المستقبل القريب من خلال تخصيص تلسكوب متوسط ​​الحجم (2-3 م) للمقياس الضوئي في موقع يتمتع بظروف رؤية جيدة للغلاف الجوي مراقبة الصور المتعددة لأنظمة عدسات الجاذبية المعروفة والمشتبه بها.


المنظار في الكون: عدسات الجاذبية

لا ينتقل الضوء دائمًا في خطوط مستقيمة. توقع أينشتاين في نظريته عن النسبية العامة أن الأجسام الضخمة سوف تشوه نسيج الفضاء نفسه. عندما يمر الضوء بأحد هذه الأجسام ، مثل مجموعة من المجرات ، يتغير مسارها قليلاً.

هذا التأثير ، المسمى بعدسة الجاذبية ، يكون مرئيًا فقط في حالات نادرة ويمكن فقط لأفضل التلسكوبات مراقبة الظواهر ذات الصلة.

تسمح حساسية هابل ودقة الوضوح العالية له برؤية عدسات جاذبية خافتة وبعيدة لا يمكن اكتشافها باستخدام التلسكوبات الأرضية التي يشوش الغلاف الجوي للأرض صورها. ينتج عن عدسات الجاذبية صور متعددة للمجرة الأصلية لكل منها شكل مشوه بشكل مميز يشبه الموز أو حتى في حلقات.

المجرة العنقودية Abell 383 هي عدسة الجاذبية.

كان هابل أول تلسكوب لحل التفاصيل داخل هذه الأقواس المتعددة على شكل موزة. يمكن أن تكشف رؤيتها الحادة الشكل والبنية الداخلية لمجرات الخلفية ذات العدسة مباشرة وبهذه الطريقة يمكن للمرء بسهولة مطابقة الأقواس المختلفة القادمة من نفس كائن الخلفية - سواء كانت مجرة ​​أو حتى مستعر أعظم - بالعين.

نظرًا لأن مقدار العدسة يعتمد على الكتلة الكلية للمجموعة ، يمكن استخدام عدسة الجاذبية "لوزن" المجموعات. لقد أدى ذلك إلى تحسين فهمنا لتوزيع المادة المظلمة "المخفية" في مجموعات المجرات ، وبالتالي في الكون ككل. سمح تأثير عدسة الجاذبية أيضًا بالخطوة الأولى نحو الكشف عن لغز الطاقة المظلمة.

نظرًا لأن عدسات الجاذبية تعمل كنظارات تكبير ، فمن الممكن استخدامها لدراسة المجرات البعيدة من الكون المبكر ، والتي كان من المستحيل رؤيتها لولا ذلك.

تحتوي المقالة حول تكوين الكون على مزيد من التفاصيل حول عمل هابل على المادة المظلمة.

"عندما لاحظنا لأول مرة عنقود المجرات Abell 2218 مع Hubble في عام 1995 ، كنا نهدف بشكل أساسي إلى دراسة العنقود ومجراته. لكننا حصلنا على مفاجأة. أظهرت الصور عشرات وعشرات من الأقواس العدسية الجاذبية. عندما عرضنا هذه الصور فائقة الوضوح على زملائهم تمكنوا من رؤية أهمية استخدام عدسة الجاذبية كأداة كونية ".

ريتشارد إليس
عالم فلك ، جامعة كامبريدج ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا


عدسة الجاذبية: عدسات الجاذبية (مكتبة علم الفلك والفيزياء الفلكية)

وجد أن الضوء المرصود من الأجسام البعيدة ينحرف عن طريق مجال الجاذبية للأجسام الضخمة بالقرب من خط البصر - وهو تأثير تنبأ به أينشتاين في ورقته الأولى التي حددت النظرية العامة للنسبية ، وأكده إدينجتون بعد ذلك بوقت قصير. إذا كان مصدر الضوء بعيدًا وساطعًا بدرجة كافية ، وإذا كان الجسم المتداخل ضخمًا بدرجة كافية وقريبًا بدرجة كافية من خط الرؤية ، فإن مجال الجاذبية يعمل مثل العدسة ، حيث يركز الضوء وينتج صورة أو أكثر من الصور الساطعة للمصدر . يبدأ هذا الكتاب ، من قبل باحثين مشهورين في هذا المجال ، بمناقشة الفيزياء الأساسية وراء عدسات الجاذبية: بصريات الزمكان المنحني. ثم تستمد المعادلات المناسبة للتنبؤ بخصائص هذه العدسات. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يقدم أدلة رصد محدثة لعدسات الجاذبية ويصف الخصائص الخاصة للحالات المرصودة. يناقش المؤلفون أيضًا تطبيقات النتائج على مشاكل في علم الكونيات.


التشوهات

عندما ينتقل شعاع الضوء من مجرة ​​بعيدة إلى الأرض ، يتم دفعه قليلاً. إن جاذبية الأجسام المتداخلة ، مثل المجرات ، أو عناقيد المجرات ، أو غيوم المادة المظلمة ، "تشوه" الفضاء المحيط بها. ينحرف هذا الالتواء مسار أي شعاع ضوئي عابر. عبر مليارات السنين الضوئية من الفضاء ، يمكن أن يكون للأشعة الضوئية العديد من مثل هذه المواجهات الجاذبية ، لذا فإن مسارها عبر الكون ملتوي.

يسمى هذا التأثير بعدسة الجاذبية ، ويمكن أن يوفر أدلة مهمة لطبيعة الطاقة المظلمة.

هناك نوعان من عدسات الجاذبية.

من الواضح أن العدسة القوية تشوه منظر المجرات البعيدة ، وتنتج أحيانًا عدة صور لمجرة واحدة. تحدث العدسة القوية عندما تصطف مجرة ​​بعيدة مباشرة خلف مجرة ​​ضخمة أو عنقود مجري ، مما يؤدي إلى قوة جاذبية قوية.

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي تأثير عدسة جاذبية قوي. تشوه جاذبية مجموعة من المجرات رؤية المجرات البعيدة إلى عدة أقواس لامعة. ينتج عن العدسة الضعيفة ، التي سيتم استخدامها لدراسة الطاقة المظلمة ، تأثيرات أكثر دقة. [ناسا / STScI]

يحدث العدسة الضعيفة عندما يمر الضوء من مجرة ​​بعيدة مسافة جيدة من مجرة ​​ضخمة أو كتلة مجرية أو تركيز المادة المظلمة أو أقرب إلى أجسام أقل كتلة. ينتج عنه تشوه طفيف في شكل مجرة ​​بعيدة. التأثير دقيق للغاية بحيث لا يمكنك ملاحظة الاختلاف بمجرد النظر إلى المجرة. بدلاً من ذلك ، يجب على علماء الفلك تحليل أشكال ملايين المجرات للبحث عن أنماط. ستسمح لهم هذه الأنماط بإنتاج خرائط ثلاثية الأبعاد لتوزيع المادة في جميع أنحاء الكون.

ستظهر هذه الخرائط بوضوح توزيع المادة المظلمة. لكنها ستساعد العلماء أيضًا على فهم طبيعة الطاقة المظلمة.

كما هو الحال مع طرق البحث الأخرى ، سيسمح العدسة الضعيفة لعلماء الفلك بسبر الكثير من تاريخ الكون ، من فترة وجيزة بعد الانفجار العظيم وحتى اليوم. سيوضح ذلك كيف تغير توزيع المادة بمرور الوقت - وهي وظيفة تتحكم فيها الطاقة المظلمة جزئيًا.

تتسبب الطاقة المظلمة في تمدد الفضاء نفسه ، وبالتالي يصبح الكون أكبر. أثناء قيامها بذلك ، تصبح المادة أكثر توزعًا ويتعين على الضوء الذي يوفر العدسة الضعيفة أن يسافر لمسافة أكبر عبر الكون. نظرًا لأن علماء الفلك يعرفون مقدار المادة التي يحتويها الكون ، فإن قياس مدى انتشاره والمسافة المقطوعة في أوقات مختلفة سيُظهر كيف تمدد الكون. تتنبأ نماذج مختلفة للطاقة المظلمة بتاريخ توسع مختلف ، لذا فإن تحديد كيفية توسع الكون سيساعد في تحديد التفسير الصحيح.

في الوقت نفسه ، كانت المادة المظلمة تتطلب أن تتجمع المجرات معًا لتشكيل هياكل واسعة النطاق مثل العناقيد والعناقيد العملاقة في وقت مبكر من الكون ، عندما كانت المادة أكثر كثافة وكانت الجاذبية قد طغت على القوة المظلمة الطاردة للطاقة المظلمة. مع نمو الكون ، أصبحت الطاقة المظلمة أكثر هيمنة ، مما منع المجرات من تكوين مجموعات كبيرة. ستظهر طريقة العدسة الضعيفة متى توقفت المجرات عن التكتل معًا ، مما يشير إلى كيف ومتى تمارس الطاقة المظلمة هيمنتها على الجاذبية.

يسبب ضعف عدسات الجاذبية العديد من التحولات الدقيقة في مسار شعاع الضوء أثناء عبوره للكون. يوضح هذا الرسم البياني مسار الضوء من عدة مجرات (أشكال بيضاوية زرقاء في الجزء الخلفي من الصندوق) أثناء رحلته نحونا (الأشكال البيضاوية الزرقاء في المقدمة ، والتي توضح موقع المجرات في عرض تلسكوبي).

حقوق النشر والنسخ 2008-2015 ماكدونالد المرصد. HETDEX هو تعاون بين جامعة تكساس في أوستن ، وجامعة ولاية بنسلفانيا ، وجامعة تكساس A & ampM ، وجامعة Universitats-Sternw & aumlrte Munich ، ومعهد Leibniz للفيزياء الفلكية (AIP) ، ومعهد Max-Planck-f & uumlr Extraterrestrische Physik ، و Institut f & Uumlr & Astrophysik أكسفورد. يتم توفير الدعم المالي من قبل ولاية تكساس ، والقوات الجوية للولايات المتحدة ، ومؤسسة العلوم الوطنية والمساهمات السخية من العديد من المؤسسات الخاصة والأفراد.


صور عدسة الجاذبية - علم الفلك

ملاحظة: سيتم إيقاف هذا الموقع في 25 يونيو 2021. في ذلك الوقت ، ستتم إعادة توجيهك تلقائيًا إلى Hubblesite.org ، موقع الويب أحادي المصدر الخاص بنا لتلسكوب هابل الفضائي.

عدسة الجاذبية G2237 + 0305

حقائق سريعة

G2237 + 0305 ، أينشتاين كروس

زودت كاميرا الأجسام الباهتة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية والموجودة على متن تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا علماء الفلك بالصور الأكثر تفصيلاً التي تم التقاطها على الإطلاق لعدسة الجاذبية G2237 + 0305 - والتي يشار إليها أحيانًا باسم "أينشتاين كروس". تُظهر الصورة أربع صور لكوازار بعيد جدًا تم تصويره عدة مرات بواسطة مجرة ​​قريبة نسبيًا تعمل كعدسة جاذبية. المسافة الزاوية بين الصورتين العلوية والسفلية 1.6 ثانية قوسية.

يقع الكوازار المرئي هنا على مسافة 8 مليارات سنة ضوئية تقريبًا ، بينما تكون المجرة على مسافة 400 مليون سنة ضوئية أقرب 20 مرة. ينحني الضوء الصادر من الكوازار في مساره بفعل مجال الجاذبية للمجرة. نتج عن هذا الانحناء أربع صور خارجية مشرقة تظهر في الصورة. يُنظر إلى المنطقة المركزية المشرقة من المجرة على أنها الجسم المركزي المنتشر.

تحدث عدسة الجاذبية عندما يمر الضوء من مصدر بعيد عبر أو بالقرب من جسم أمامي ضخم. اعتمادًا على المحاذاة التفصيلية للكائنات الأمامية والخلفية مع خط الرؤية للأرض ، يمكن رؤية عدة صور لكائن الخلفية. في الواقع ، يتوقع علماء الفلك أن الصورة الخامسة الباهتة للكوازار يجب أن تكون موجودة بالقرب من مركز المجرة في G2237 + 0305. ستكون هناك حاجة إلى معالجة دقيقة للصور لتحديد ما إذا كانت الصورة الخامسة قد شوهدت بالفعل في تعريض التركيز البؤري التلقائي هذا.

عدسات الجاذبية ، مثل G2237 + 0305 ، هي مسابر مفيدة لأنواع عديدة من الظواهر التي تحدث في الكون. على سبيل المثال ، من الممكن "وزن" المجرة الأمامية عن طريق قياس المواضع النسبية وسطوع الصور المختلفة للكوازار. يجب أن يكون هذا ممكنًا بشكل أكثر دقة نظرًا لدقة الصور التي تم الحصول عليها باستخدام كاميرا الأشياء الخافتة. أيضًا ، توفر العدسات التثاقلية بشكل عام إمكانية تحديد "ثابت هابل" المراوغ - وهو مقياس أساسي لحجم الكون وعمره - عن طريق قياس التأخير الزمني في تغيرات سطوع الصور ذات العدسة.

سيوفر التحليل التفصيلي لهذه الصورة الرائعة من كاميرا الأجسام الباهتة وغيرها من الصور التي سيتم ملاحظتها لاحقًا باستخدام تلسكوب هابل الفضائي ثروة من المعلومات حول تفاصيل المجرات العدسية ، وكذلك حول عملية عدسة الجاذبية نفسها.