Soczewkowanie grawitacyjne

Soczewkowanie grawitacyjne (ang. gravitational lensing) jest zjawiskiem przyrody polegającym na tym, że tor światła docierającego z odległych galaktyk jest zakrzywiany przez masę, najczęściej przez galaktykę lub grupę galaktyk. W efekcie czego zamiast normalnych obrazów źródła widzimy obrazy pozorne, zdeformowane, przyjmujące przeważnie kształt łuków. Światło przebiegając w pobliżu ogromnej masy jest skupiane tak, jakby przelatywało przez ogromną soczewkę, stąd też taka jest nazwa zjawiska.

Wyróżniamy  dwa rodzaje soczewkowania grawitacyjnego – makrosoczewkowanie i mikrosoczewkowanie.

Efektem makrosoczewkowania grawitacyjnego jest zniekształcenie dalekich obrazów gwiazd i galaktyk w postaci łuków. Źródłem makrosoczewkowania są skupiska galaktyk lub pojedyńcza galaktyka i gwiazdy. W przypadku mikrosoczewkowania jedynym dostrzegalnym efektem jest pojaśnienie źródła światła przy przejściu w pobliżu soczewki. Do grupy mikrosoczewek zaliczamy lekkie gwiazdy, planety a nawet planetoidy.

Dla obiektów nierelatywistycznych kąt ugięcia światła przebiegającego w pobliżu ciała wynosi:

\alpha = \frac{4GM}{c^2r_{min}} = \frac{2R_g}{r_{min}}

gdzie M jest masą, G = 6.67428\cdot 10^{-11} \left[\frac{m^3}{kg\cdot s^2}\right] to stała grawitacji, c = 299792458 \left[\frac{m}{s}\right] oznacza prędkość światła w próżni, r_{min} to najmniejsza odległość na jaką zbliży się przelatujący promień od centrum soczewki, a R_g = \frac{2GM}{c^2} to promień Schwarzschilda. Jest to wzór przybliżony dla słabych pól grawitacyjnych. W przypadku silnych pól generowanych np. przez czarne dziury, gwiazdy neutronowe lub gromady galaktyk należy stosować pełny wzór:

\alpha = \int^{\infty}_{-\infty} \frac{bdr}{r^2\sqrt{1 - \frac{b^2}{r^2}(1 - \frac{R_g}{r})}}

przy czym wzór jest słuszny jedynie dla sferyczno-symetrycznego oraz statycznego pola. Współczynnik b ma dwie równoważne sobie definicje:

b=c\frac{L}{E}

gdzie L i E to kolejno moment pędu i energia przelatującego fotonu lub:

b = \frac{r_{min}}{\sqrt{1-\frac{Rg}{r_{min}}}}

Wejściowy obraz przedstawiający siatkę i małą galaktykę w centrum.

Przy pomocy dwóch soczewek (czerwone kropki) można symulować obrazy zniekształconych galaktyk np. gromady  CL0024+17 (prawy górny róg):

oraz krzyża Einsteina:

Przykłady soczewek grawitacyjnych w rzeczywistym świecie.

Krzyż Einsteina:

Abel 370:

Abel 383:

Abel 2218:

Gromada galaktyk CL0024+17:

Łuk grawitacyjny:

Pierścień Einsteina:

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s