Nočno nebo že dolgo privlači in navdušuje osebo s številnimi zvezdami. Ljubiteljski teleskop lahko vidi veliko več različnih predmetov globokega vesolja - obilo kopic, sferičnih in razpršenih, meglic in bližnjih galaksij. Obstajajo pa izjemno spektakularni in zanimivi pojavi, ki jih lahko zaznajo le močni astronomski instrumenti. Med tovrstne zaklade vesolja sodijo dogodki gravitacijskega leča, med njimi pa so tako imenovani Einsteinovi križi. Kaj je, bomo izvedeli v tem članku.
Vesoljske leče
Gravitacijsko lečo ustvari močno gravitacijsko polje predmeta s pomembno maso (na primer velika galaksija), ki se po naključju ujame med opazovalca in oddaljenim svetlobnim virom - kvazarjem, drugo galaksijo ali svetlobo supernova.
Einsteinova teorija gravitacije obravnava gravitacijska polja kot deformacije prostorsko-časovnega kontinuuma. V skladu s tem so tudi črte, po katerih se svetlobni žarki širijo v najkrajših časovnih intervalih (geodetske črte).so upognjeni. Posledično opazovalec vidi sliko vira svetlobe na določen način popačeno.
Kaj je "Einsteinov križ"?
Narava popačenja je odvisna od konfiguracije gravitacijske leče in njenega položaja glede na vidno črto, ki povezuje vir in opazovalca. Če je leča strogo simetrična na goriščni črti, se izkaže, da je deformirana slika obročasta, če je središče simetrije premaknjeno glede na črto, potem lahko tak Einsteinov prstan razdelimo na loke.
Z dovolj močnim premikom, ko se razdalje, ki jih pokriva svetloba, bistveno razlikujejo, leča tvori slike z več pikami. Einsteinov križ, v čast avtorju splošne teorije relativnosti, v okviru katerega so bili napovedani tovrstni pojavi, imenujemo štirikratna slika lečenega vira.
Quasar v štirih obrazih
Eden najbolj "fotogenih" štirih objektov je kvazar QSO 2237+0305, ki pripada ozvezdju Pegaz. Je zelo daleč: svetloba, ki jo oddaja ta kvazar, je potovala več kot 8 milijard let, preden je zadela leče zemeljskih in vesoljskih teleskopov. V zvezi s tem Einsteinovim križem je treba upoštevati, da je to lastno ime, čeprav neuradno, in je napisano z veliko začetnico.
Na vrhu fotografije je Einsteinov križ. Osrednja točka je jedro galaksije leče. Sliko je posnel vesoljeteleskop Hubble.
Galaksija ZW 2237+030, ki deluje kot leča, je 20-krat bližje od samega kvazarja. Zanimivo je, da se zaradi dodatnega učinka leče, ki ga povzročajo posamezne zvezde in morda zvezdne kopice ali masivni oblaki plina in prahu v njeni sestavi, svetlost vsake od štirih komponent spreminja postopno in neenakomerno.
različne oblike
Morda nič manj lep ni kvazar z navzkrižno lečo HE 0435-1223, skoraj na isti razdalji kot QSO 2237+0305. Gravitacijska leča zaradi povsem naključnega spleta okoliščin tukaj zavzame tak položaj, da so vse štiri slike kvazarja nameščene skoraj enakomerno in tvorijo skoraj pravilen križ. Ta izredno spektakularen objekt se nahaja v ozvezdju Eridani.
In končno posebna priložnost. Astronomi so imeli to srečo, da so na fotografiji ujeli, kako močna leča - galaksija v ogromni kopici v ospredju - vizualno poveča ne kvazar, ampak eksplozijo supernove. Edinstvenost tega dogodka je v tem, da je supernova, za razliko od kvazarja, kratkotrajen pojav. Eksplozija, imenovana supernova Refsdal, se je zgodila v oddaljeni galaksiji pred več kot 9 milijardami let.
Čas kasneje je k Einsteinovemu križu, ki je okrepil in pomnožil starodavno zvezdno eksplozijo, malo dlje, dodana še peta slika, prepozno zaradi posebnosti strukture leče in, mimogrede, napovedanavnaprej.
Na spodnji sliki lahko vidite "portret" supernove Refsdal, pomnožen z gravitacijo.
Znanstveni pomen pojava
Seveda takšen pojav, kot je Einsteinov križ, nima le estetske vloge. Obstoj tovrstnih objektov je nujna posledica splošne teorije relativnosti, njihovo neposredno opazovanje pa je ena najbolj očitnih potrditev njene veljavnosti.
Poleg drugih učinkov gravitacijskih leč pritegnejo veliko pozornost znanstvenikov. Einsteinovi križi in obroči omogočajo preučevanje ne le tako oddaljenih virov svetlobe, ki jih ob odsotnosti leč ni bilo mogoče videti, temveč tudi strukturo samih leč – na primer porazdelitev temne snovi v jatah galaksij.
Študija neenakomerno zloženih leč slik kvazarjev (vključno s križnimi) lahko pomaga tudi pri izboljšanju drugih pomembnih kozmoloških parametrov, kot je Hubblova konstanta. Te einsteinove obroče in križe nepravilne oblike tvorijo žarki, ki so v različnih časih prepotovali različne razdalje. Zato primerjava njihove geometrije z nihanji svetlosti omogoča doseganje velike natančnosti pri določanju Hubblove konstante in s tem dinamike Vesolja.
Z eno besedo, neverjetni pojavi, ki jih ustvarjajo gravitacijske leče, niso prijetni le za oko, ampak igrajo tudi resno vlogo v sodobni vesoljski znanosti.
