Pierścień Einsteina

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.

Historia koncepcji

Prognoza

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.

Obserwacja

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.

Opis zjawiska

Zasady relatywistyczne

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 .

Obliczanie parametrów

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.

Wiele typów

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.

Zastosowanie w astronomii

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 .

Lista pierścieni Einsteina

Załączniki

Bibliografia

Dokument użyty do napisania artykułu : dokument używany jako źródło tego artykułu.

Źródło

  1. (w) "  Oczywiście nie ma nadziei na bezpośrednie obserwowanie tego zjawiska. Po pierwsze, rzadko będziemy zbliżać się wystarczająco blisko do takiej linii centralnej. Po drugie, kąt β przeciwstawi się zdolności rozdzielczej naszych instrumentów.  "
  1. (w) Jurgen Renn , Tilman Sauer i John Stachel , „  The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper  ” , Science , vol.  275 n O  5297,1997, s.  184-186 ( PMID  8985006 , DOI  10.1126 / science.275.5297.184 , Bibcode  1997Sci ... 275..184R , streszczenie )
  2. (De) O. Chwolson , „  Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne  ” , Astronomische Nachrichten , vol.  221 n O  20,1924, s.  329 ( DOI  10.1002 / asna.19242212003 , Bibcode  1924AN .... 221..329C )
  3. Einstein 1936 , s.  506-507.
  4. Einstein 1936 , s.  506.
  5. (w) Joachim Wambsganss, "  Gravitational Lensing in Astronomy  " na relativity.livingreviews.org , Living Reviews in Relativity,2001(dostępny 1 st maja 2013 )
  6. (en) J. Hewitt i in. , „  Niezwykłe źródło radiowe MG1131 + 0456 - możliwy pierścień Einsteina  ” , Nature , vol.  333,1988, s.  537 ( DOI  10.1038 / 333537a0 , Bibcode  1988Natur.333..537H , podsumowanie )
  7. "  Odległość, która dzieli nas od pierwszego pierścienia ujawnionego przez Einsteina  " , w: Sciences et Avenir ,2020(dostęp 16 czerwca 2020 )
  8. (w) „  Odkrycie pierwszej soczewki grawitacyjnej„ Pierścienia Einsteina  ” w 20. rocznicę Very Large Array ,2000(dostęp 6 maja 2013 )
  9. (w) Albert Einstein. Względność: teoria specjalna i ogólna , część II
  10. Einstein 1936 , s.  ?
  11. (w) MC Werner , J. Year i NW Evans , „  Multiple We Einstein ring  ” , MNRAS , vol.  391, N O  22008, s.  668-674 ( DOI  10.1111 / j.1365-2966.2008.1382 , czytaj online )
  12. (w) CS Kochanek , CR Keeton i BA McLeod , „  The Importance of Einstein Rings  ” , Astrophysical Journal , vol.  547 n O  50,2001( DOI  10.1086 / 318350 , podsumowanie , czytaj online )

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne