介绍引力透镜

smiley face in the stars
从通过更密切的星系的引力场通过远处的物体的光,以创建一个引力透镜,看起来像“笑脸”哈勃空间望远镜。 美国航空航天局 / stscl

大多数人都熟悉天文的工具:望远镜,专业仪器和数据库。这些天文学家使用,再加上一些特殊的技术来观察远处的物体。其中的一个技术被称为“引力透镜”。

当它通过邻近块状物体此方法简单地依赖于光的奇特行为。这些区域的重心,通常包含巨型星系或星系团,从遥远的星体,星系和类星体放大光。观察使用引力透镜帮助天文学家探索在宇宙的最早期的时代存在的对象。他们还揭示围绕遥远恒星的行星的存在。以一种不可思议的方式,他们还推出的分布 暗物质 该弥漫整个宇宙。

graphical view of gravitational lensing.
引力透镜以及它是如何工作的。从远距离物体光通过用强引力仔细对象。光线弯曲和扭曲的和创建更遥远的对象的“图像”。  美国航空航天局

引力透镜的力学

观念落后引力透镜很简单: 宇宙中的一切都有质量 而且质量有引力。如果对象是足够的质量,因为它通过其强大的引力将光线弯曲。一个非常巨大的物体的重力场,如行星,恒星,星系或或星系团,甚至一个黑洞,在附近的空间物体拉更强烈。例如,当从更远的物体的光线经过时,它们在重力场,弯曲赶上,并重新聚焦。所述重聚焦的“图像”通常是更远处的物体的失真图。在一些极端情况下,整个背景星系(例如)可能最终通过重力透镜的作用扭曲成长,瘦,香蕉状的形状。

透镜的预测

引力透镜的想法最早提出在 爱因斯坦的广义相对论理论。 1912年左右,爱因斯坦自己推导,因为它通过太阳的引力场是如何光偏转的数学。他的想法在1919年5月由天文学家亚瑟·爱丁顿,坦率戴森,以及驻扎在整个南美洲和巴西城市一组观察员太阳的日全食时,随后进行测试。他们的观察证明,引力透镜效应的存在。而引力透镜在整个历史上存在的,这是相当肯定地说,它是在20世纪初首次发现。今天,它被用来研究许多现象和对象在遥远的宇宙。恒星和行星可能导致引力透镜效应,虽然这些都是防不胜防。星系和星系团的引力场可以产生更明显的透镜效应。并且,现在事实证明暗物质(其中有一个引力作用),也导致透镜。

类型引力透镜

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引力透镜以及它是如何工作的。从远距离物体光通过用强引力仔细对象。光线弯曲和扭曲的和创建更遥远的对象的“图像”。 美国航空航天局

天文学家现在可以观察透镜化整个宇宙,他们分为两种类型等现象: 强大 伦辛和弱引力透镜。强引力透镜是相当容易理解 - 如果它能够在图像中可以看到人眼(说,从 哈勃太空望远镜)然后它的强大。弱引力透镜,在另一方面,是不是用肉眼检测。有天文学家使用特殊技术来观察和分析的过程。

由于暗物质的存在,所有遥远的星系是一点点微弱的,带透镜。弱透镜被用于检测在空间中的给定方向上的暗物质的量。它是天文学家一个非常有用的工具,帮助他们了解的暗物质在宇宙中的分布。强引力透镜也让他们看到遥远的星系,因为他们在遥远的过去,这给了他们什么条件都像数十亿年前一个好主意。这也从放大很远的物体,如最早的星系的光,并且往往给人天文学家星系活动的想法回到自己的青春。

另一种类型的透镜被称为“微透镜”是一般通过使在另一个前面的星引起的,或针对更远的对象。对象的形状可以不被扭曲,因为它是强随着透镜化,但光动摇的强度。这告诉微透镜,天文学家可能是参与。有趣的是,行星可以在同样的微引力透镜,因为他们通过我们和他们的明星之间的调控。

OCCURS引力透镜到的光的所有波长,从红外到可见光和半径和紫外线,这是有意义的,因为他们是电磁辐射即沐浴宇宙的光谱的所有部分。

第一引力透镜

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在该图像的中心处的一对明亮的物体的被11思想是双类星体。他们是卫生组织的一个很遥远的类星体的两个图像引力透镜之中。 美国航空航天局 / STScI的

第一引力透镜(比1919蚀透镜实验其他)在1979年被发现时,天文学家看着某物被称为“双QSO” .qso为“准恒星对象”或类星体的简写。最初,这些天文学家认为这种对象可能是一对双胞胎类星体的。使用后,在美国亚利桑那州的基特峰国家天文台仔细的观察,天文学家能够弄清楚,有没有两个完全相同的类星体(遥远 非常活跃的星系)近在空间彼此。相反,他们卫生组织被认为是在类星体的近光沿行进的光的路径非常巨大的重力传递产生了更遥远的类星体的两个图像。该观察光学光(可见光)制成,使用观测随着半径后来证实 非常大阵在新墨西哥州.

爱因斯坦环

gravitational lensing
部分爱因斯坦被称为马蹄形环。它示出了从一个遥远的星系的光通过仔细星系的引力而翘曲。 美国航空航天局 / STScI的

自那时以来,许多引力透镜的物体被发现。最有名的是爱因斯坦环,其透镜的对象,它们的光使一个“环”围绕透镜对象。上的机会场合时远处源,所述透镜对象,并在地球上所有的望远镜排队,天文学家都能够看到的光的环。这些被称为“爱因斯坦环”命名,当然,对他们的工作预测引力透镜现象的科学家。

爱因斯坦的著名的跨

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卫生组织是单个类星体的爱因斯坦十字四个图像(在中心的图像不是肉眼可见的)。该图像是用哈勃太空望远镜的暗天体照相机。目标是做所谓的“赫钦拉的镜头”天文学家已故的约翰赫钦拉后的透镜。 美国航空航天局 / STScI的

另一个著名的带透镜的物体是类星体称为q2237 + 030,或爱因斯坦交叉。当从类星体地球约8十亿光年的光通过的长方形状的星系通过,它创建了这个奇怪的形状。类星体的四个图像出现(在中心的第五图像不是肉眼可见的),从而形成金刚石或十字状的形状。该透镜星系比类星体更接近地球,在约400亿光年的距离。此目的已经通过所观察到的几次 哈勃太空望远镜。

在宇宙中的远处物体的透镜强

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这是阿贝尔370,并示出了由星系的前景集群的合并的引力被带透镜更远的对象的集合。遥远的星系带透镜被视为扭曲,而星系团相当经常出现。 美国航空航天局 / STScI的

上的宇宙的距离尺度, 哈勃太空望远镜 定期捕捉引力透镜的图像等。 在它的许多意见,遥远的星系被涂成弧形。这些天文学家用它来确定质量分布形状的透镜星系团或做弄清楚他们黑暗的分配问题。这些而星系太微弱被一般容易被看到,引力透镜效应使它们可见,传递天文学家研究跨越数十亿光年的信息。

天文学家们继续研究引力透镜的作用,特别是当黑洞参与。其强烈的光透镜重力此外,使用天空的图像来演示ESTA HST模拟,如图所示。

computer simulation of a supermassive black hole
这种计算机模拟的图像显示了在星系的核心黑洞。在中心的黑色区域代表黑洞的事件视界,没有光线能逃脱大质量天体的引力握。黑洞的强大重力扭曲空间围绕它像一个游乐园里镜,在被称为重力透镜的方法。从背景光分被拉伸并涂抹如星脱脂被黑洞。 NASA,ESA,和d。 COE,J。安德森和r。范德MAREL(太空望远镜科学研究所),科学来源:美国航空航天局,ESA,C.-P. MA(美国加州大学伯克利分校),和j。托马斯(德国马普地外物理研究所,德国加兴)。