W astronomii , pierścień Einsteina jest szczególnym przypadkiem grawitacyjnego miraż .
Wynika to z pierścieniowej lub łukowatej deformacji źródła światła, takiego jak galaktyka , gwiazda , kwazar , przez niezwykle masywne ciało niebieskie , takie jak duża galaktyka lub czarna dziura . Te fotony emitowane przez źródło jest odchylony od swojej trajektorii prostoliniowej przez grawitację wywieranej masywnym korpusie, jak gdyby przechodząc przez obiektyw . Mówimy o soczewce grawitacyjnej. To odchylenie przybiera wygląd pierścienia, gdy obserwator, soczewka i źródło za soczewką są idealnie wyrównane i gdy obserwator znajduje się wystarczająco blisko miejsca, w którym powstaje obraz .
Zjawisko to zostało nazwane na cześć Alberta Einsteina , którego teoria ogólnej teorii względności pozwoliła postulować istnienie soczewek grawitacyjnych.
Idea efektu soczewki grawitacyjnej została podkreślona przez Einsteina już w 1912 roku, kilka lat przed opublikowaniem jego ogólnej teorii względności .
W 1924 roku Orest Chwolson opublikował krótki artykuł o efekcie soczewkowania grawitacyjnego. Einstein będzie dalej rozwijał tę koncepcję w artykule Soczewkowate działanie gwiazdy przez odchylenie światła w polu grawitacyjnym. ("Działanie soczewki gwiazdy przez odchylanie światła przez pole grawitacyjne"), opublikowane na4 grudnia 1936w czasopiśmie Science . W tym artykule Einstein bada możliwość, że światło gwiazdy A może zostać odchylone przez masywną gwiazdę B, tworząc wokół niej krąg światła dla obserwatora w linii prostej z obiema gwiazdami. Einstein uważał jednak, że te świetliste kręgi istnieją tylko teoretycznie i że ich obserwacja byłaby praktycznie niemożliwa.
„Oczywiście nie ma nadziei na bezpośrednie obserwowanie tego zjawiska. Po pierwsze, prawdopodobnie nigdy nie będziemy w stanie zbliżyć się dostatecznie blisko takiej linii środkowej. Po drugie, kąt β [promień kątowy pierścienia wokół środka gwiazdy, który odbija światło od pierwszej gwiazdy] będzie wyzwaniem dla zdolności rozdzielczej naszych instrumentów. "
- Albert Einstein, Soczewkowate działanie gwiazdy przez odchylenie światła w polu grawitacyjnym
W 1937 roku Fritz Zwicky postulował, że mgławice pozagalaktyczne będą bardziej sprzyjały tworzeniu soczewki grawitacyjnej niż pojedyncza gwiazda.
Pierwsza obserwacja pierścienia Einsteina została dokonana w 1987 roku w Very Large Array przez grupę naukowców pod kierownictwem Jacqueline Hewitt z MIT . Podczas obserwacji naukowcy zauważają, że obiekt MG1131 + 0456v, znajdujący się 10 miliardów lat świetlnych od nas, ma niezwykły jajowaty kształt. Kilka wyjaśnień tego zjawiska jest zaawansowanych, ale zachowano tylko wyjaśnienie Einsteina. Obiekt jest tworzony przez emisję radiową z kwazara , które przechodzą przez soczewkę grawitacyjną pomiędzy Ziemią i galaktyki.
Zgodnie z ogólną teorią względności, a także korpuskularną teorią światła , światło podąża za krzywizną czasoprzestrzeni . Tak więc, jeśli promień światła przechodzi przez pole grawitacyjne masywnego obiektu, takiego jak gwiazda, jest odchylany, podobnie jak soczewka optyczna .
Rozmiar pierścienia Einsteina jest określony przez promień Einsteina . W radianach rozmiar ten jest zapisywany:
lub
jest rozmiarem kątowym w radianach, jest stałą grawitacji , to masa soczewki, jest prędkością światła, to odległość kątowa soczewki, to odległość kątowa od źródła, a to odległość kątowa między soczewką a źródłem.Istnieje kilka rodzajów pierścieni. Dlatego w niektórych sytuacjach może dojść do wielu dzwonków. Aby tak się stało, co najmniej dwie soczewki grawitacyjne muszą być ustawione w jednej linii, aby odbijać światło jedna po drugiej. Ponadto „soczewka” najbliżej źródła musi również emitować światło, aby utworzyć dodatkowe pierścienie.
Zgodnie z tą zasadą system z dwiema soczewkami grawitacyjnymi mógłby utworzyć do trzech pierścieni.
Podobnie jak w innych przypadkach soczewek grawitacyjnych, pierścień Einsteina umożliwia między innymi określenie masy obiektu służącego jako soczewka. Rzeczywiście rozmiar pierścienia zależy od odchylenia światła, które samo w sobie zależy od masy soczewki.
Inną użytecznością pierścieni Einsteina jest to, że lepiej identyfikowałyby aktywne galaktyki . Rzeczywiście, galaktyki te byłyby łatwiejsze do zidentyfikowania, gdyby ich światło przechodziło przez soczewkę grawitacyjną, niż gdyby tak się nie stało, ponieważ kontrast między galaktyką macierzystą a aktywnym jądrem galaktyki zostałby zwiększony przez soczewkę.
Może być również używany do wykrywania egzoplanet i innych obiektów o niewielkim lub zerowym świetle dzięki grawitacyjnym mikrosoczewkom .
: dokument używany jako źródło tego artykułu.