Сильная гравитационная линза

Сильная гравитационная линза — это эффект гравитационного линзирования , достаточно сильный для создания нескольких изображений , дуг или колец Эйнштейна . Как правило, для возникновения сильного линзирования плотность массы проецируемой линзы должна быть больше критической плотности , то есть . Для точечных источников фона будет несколько изображений; для расширенных фоновых выбросов могут быть дуги или кольца. Топологически создание нескольких изображений регулируется теоремой о нечетных числах . ^[1] ${\displaystyle \Sigma _{cr}}$

Сильное линзирование было предсказано общей теорией относительности Альберта Эйнштейна и обнаружено путем наблюдений Деннисом Уолшем , Бобом Карсуэллом и Рэем Вейманом в 1979 году. ^[2] Они определили, что квазар-близнец Q0957+561A состоит из двух изображений одного и того же объекта.

Наблюдения

Наиболее сильные гравитационные линзы обнаруживаются в ходе крупномасштабных исследований галактик .

Линзирование галактик

Источник света проходит за гравитационной линзой (точечная масса, расположенная в центре изображения). Водяной круг — это источник, каким его можно было бы видеть, если бы не было линзы, белые пятна — это множественные изображения источника.

Объектив переднего плана — галактика . Когда источником фона является квазар или неразрешенная струя , изображения с сильными линзами обычно представляют собой точечные множественные изображения; Когда источником фона является галактика или протяженное струйное излучение, изображения с сильными линзами могут представлять собой дуги или кольца. По состоянию на 2017 год наблюдалось несколько сотен сильных линз галактика-галактика (гг). ^[3] Ожидается, что предстоящие исследования Обсерватории Веры К. Рубин и Евклида обнаружат более 100 000 таких объектов. ^[4]

Кластерное линзирование

Линза переднего плана — скопление галактик . В этом случае линза обычно достаточно мощная, чтобы производить заметные как сильные эффекты линзирования (множественные изображения, дуги или кольца), так и слабые эффекты линзирования (искажения эллиптичности). Примером может служить линза, получившая прозвище «Расплавленное кольцо». ^[5]

Астрофизические приложения

Массовые профили

Поскольку сильное линзирование фонового источника зависит только от гравитационного потенциала массы переднего плана, это явление можно использовать для ограничения массовой модели фленсов. Учитывая ограничения, налагаемые несколькими изображениями или дугами, предлагаемую массовую модель можно оптимизировать, чтобы она соответствовала наблюдаемым. Субгалактические структуры, которые в настоящее время интересуют линзирующих астрономов, — это центральное распределение масс и гало темной материи . ^[6]

Задержки времени

Поскольку световые лучи проходят разные пути, создавая несколько изображений, они будут задерживаться из-за локальных потенциалов на световых путях. Различия во времени задержки на разных изображениях могут быть определены с помощью массовой модели и космологической модели . Таким образом, с помощью наблюдаемых временных задержек и модели с ограниченной массой можно вывести космологические константы, такие как постоянная Хаббла . ^[7]

Галерея

• 
  Система гравитационного линзирования SDSS J0928+2031. ^[8]
• 
  SDSS J1138+2754, снятый камерой Хаббла WFC3. ^[9]
• 
  Названный «Расплавленным кольцом», Хаббл видит сильное линзирование вокруг GAL-CLUS-022058. ^[10]

Рекомендации

1. Медиавилла, Эвенсио (2016). Астрофизические применения гравитационного линзирования . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1-107-07854-3.
2. Бернштейн, генеральный директор; Тайсон, Дж.А.; Кочанек, CS (1993). «Большая дуга в системе гравитационных линз 0957+561». Астрономический журнал . 105 : 816. Бибкод : 1993AJ....105..816B. дои : 10.1086/116474. ISSN  0004-6256.
3. Ван, Линь; Шу, Ипин; Ли, Ран; Чжэн, Чжэн; Вэнь, Чжунлуэ; Лю, Гуйлинь (28 марта 2017 г.). «SDSS J1640 + 1932: впечатляющая система сильных линз галактика-квазар». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 468 (3). Издательство Оксфордского университета (OUP): 3757–3763. arXiv : 1703.07495 . Бибкод : 2017MNRAS.468.3757W. doi : 10.1093/mnras/stx733. ISSN  0035-8711.
4. Коллетт, Томас Э. (2015). «Популяция сильных линз галактик-галактик в предстоящих оптических исследованиях». Астрофизический журнал . 811 (1): 20. arXiv : 1507.02657 . Бибкод : 2015ApJ...811...20C. дои : 10.1088/0004-637X/811/1/20. ISSN  1538-4357. S2CID  55417261.
5. Вторник, Хейли Роуз Маклафлин (22 декабря 2020 г.). «Хаббл сделал четкий снимок «Расплавленного кольца»». Астрономия.com .
6. Кочанек, CS (2006). «Сильная гравитационная линза». Гравитационное линзирование: сильное, слабое и микро . Курсы повышения квалификации Saas-Fee. Том. 33. С. 91–268. дои : 10.1007/978-3-540-30310-7_2. ISBN 978-3-540-30309-1.
7. Курбен, Фредерик; Миннити, Данте (2002). Гравитационное линзирование: астрофизический инструмент . Конспект лекций по физике. Том. 608. дои : 10.1007/3-540-45857-3. ISBN 978-3-540-44355-1. ISSN  0075-8450.
8. «Вглядываясь в прошлое». www.spacetelescope.org . Проверено 21 января 2019 г.
9. «Потрясающая гравитация». www.spacetelescope.org . Проверено 10 сентября 2018 г.
10. Дженнер, Линн (22 сентября 2021 г.). «Снимок галактики «Расплавленное кольцо», сделанный Хабблом, побуждает к новым исследованиям». НАСА .