Einsteinův prsten

V astronomii je Einsteinův prsten zvláštním případem gravitačního přeludu .

Je výsledkem prstencovité nebo obloukovité deformace světelného zdroje, jako je galaxie , hvězda , kvazar , extrémně masivním nebeským tělesem , jako je velká galaxie nebo černá díra . Tyto fotony emitované zdrojem jsou vychýlena ze své přímočaré trajektorie pomocí gravitace vyvíjeným masivním tělem, jako by byly procházející čočkou . Mluvíme o gravitační čočce. Tato odchylka nabývá vzhledu prstence, když jsou pozorovatel, čočka a zdroj za čočkou dokonale vyrovnány a když je pozorovatel dostatečně blízko bodu, kde se obraz vytváří .

Tento fenomén byl pojmenován na počest Alberta Einsteina , jehož teorie obecné relativity umožnila postulovat existenci gravitačních čoček.

Historie konceptu

Předpověď

Myšlenku efektu gravitačních čoček by Einstein zdůraznil již v roce 1912, několik let před zveřejněním své teorie obecné relativity .

V roce 1924 vydal Orest Chwolson krátký článek o efektu gravitačních čoček. Einstein bude dále rozvíjet koncept v článku Objektivové působení hvězdy odchylkou světla v gravitačním poli. ("Činnost čočky hvězdy odkloněním světla gravitačním polem"), publikováno dne4. prosince 1936v časopise Science . V tomto článku Einstein zkoumá možnost, že by světlo z hvězdy A mohlo být odkloněno hmotnou hvězdou B, která by kolem něj vytvořila kruh světla pro pozorovatele v přímé linii s oběma hvězdami. Einstein však věřil, že tyto světelné kruhy existují pouze teoreticky a že jejich pozorování bude prakticky nemožné.

"Samozřejmě neexistuje žádná naděje na přímé pozorování tohoto jevu." Nejprve se pravděpodobně nikdy nebudeme moci dostatečně přiblížit k takové středové ose. Zadruhé, úhel β [úhlový poloměr prstence kolem středu hvězdy, který odvádí světlo od první hvězdy] zpochybní rozlišovací schopnost našich nástrojů. "

- Albert Einstein, čočková akce hvězdy odchylkou světla v gravitačním poli

V roce 1937 Fritz Zwicky předpokládal, že extragalaktické mlhoviny budou příznivější pro vytvoření gravitační čočky než jediné hvězdy.

Pozorování

První pozorování Einsteinova prstenu bylo provedeno v roce 1987 na Very Large Array skupinou vědců pod vedením Jacqueline Hewitt z MIT . V průběhu pozorování si vědci všimli, že objekt MG1131 + 0456v, který se nachází 10 miliard světelných let daleko, má neobvyklý vejčitý tvar. Několik vysvětlení tohoto jevu je pokročilých, ale je zachováno pouze Einsteinovo vysvětlení. Objekt je tvořen rádiového záření části kvasarem který by procházejí gravitační čočka mezi Zemi a galaxii.

Popis jevu

Relativistické principy

Podle teorie obecné relativity i podle korpuskulární teorie světla sleduje světlo zakřivení časoprostoru . Pokud tedy paprsek světla prochází gravitačním polem masivního objektu, jako je hvězda, je vychýlen, stejně jako optická čočka .

Výpočet parametrů

Velikost Einsteinova prstenu je dána Einsteinovým poloměrem . V radiánech je tato velikost zapsána:

nebo

je úhlová velikost v radiánech, je gravitační konstanta , je hmotnost čočky, je rychlost světla, je úhlová vzdálenost objektivu, je úhlová vzdálenost od zdroje a je úhlová vzdálenost mezi objektivem a zdrojem.

Více typů

Existuje několik typů prstenů. Určité situace tedy mohou vést k několika zazvoněním. Aby k tomu mohlo dojít, musí být alespoň dvě gravitační čočky vyrovnány, aby se světlo odklonilo jeden po druhém. Kromě toho musí „čočka“ nejblíže ke zdroji také vyzařovat světlo, aby vytvořila další prstence.

Tímto principem mohl systém se dvěma gravitačními čočkami vytvořit až tři prstence.

Použití v astronomii

Stejně jako v ostatních případech gravitačních čoček umožňuje Einsteinův prsten mimo jiné určit hmotnost objektu sloužícího jako čočka. Ve skutečnosti velikost prstence závisí na výchylce světla, která sama závisí na hmotnosti čočky.

Další užitečnost Einsteinových prstenů spočívá v tom, že by lépe identifikovaly aktivní galaxie . Tyto galaxie by bylo snadněji identifikovatelné, kdyby jejich světlo prošlo gravitační čočkou, než kdyby tomu tak nebylo, protože kontrast mezi hostitelskou galaxií a aktivním jádrem galaxie by se čočkou zvýšil.

Může být také použit k detekci exoplanet a dalších objektů se slabým nebo žádným světlem díky gravitačním mikroskopům .

Seznam Einsteinových prstenů

Dodatky

Bibliografie

Dokument použitý k napsání článku : dokument použitý jako zdroj pro tento článek.

Zdroj

  1. (in) „  Samozřejmě neexistuje žádná naděje na přímé pozorování tohoto jevu. Nejprve se k takové centrální linii sotva někdy přiblížíme dostatečně blízko. Za druhé, úhel β bude vzdorovat rozlišovací síle našich nástrojů.  "
  1. (in) Jurgen Renn , Tilman Sauer a John Stachel , „  The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein's 1936 Science paper  “ , Science , sv.  275, n O  5297,1997, str.  184–186 ( PMID  8985006 , DOI  10.1126 / science.275.5297.184 , Bibcode  1997Sci ... 275..184R , abstrakt )
  2. (de) O. Chwolson , „  Über eine mögliche Form fiktiver Doppelsterne  “ , Astronomische Nachrichten , sv.  221, n o  20,1924, str.  329 ( DOI  10.1002 / asna.19242212003 , Bibcode  1924AN .... 221..329C )
  3. Einstein 1936 , str.  506-507.
  4. Einstein 1936 , str.  506.
  5. (in) Joachim Wambsganss, „  Gravitační čočka v astronomii  “ na relativity.livingreviews.org , Living Reviews in Relativity,2001(zobrazena 1 st května 2013 )
  6. (en) J. Hewitt a kol. , „  Neobvyklé rádio zdroj MG1131 + 0456 - Možný Einstein kruh  “ , Nature , sv.  333,1988, str.  537 ( DOI  10.1038 / 333537a0 , Bibcode  1988Natur.333..537H , shrnutí )
  7. „  Vzdálenost, která nás odděluje od prvního prstence Einsteina odhalena  “ , na Sciences et Avenir ,2020(zpřístupněno 16. června 2020 )
  8. (in) „  Objev prvního„ gravitačního objektivu  “ Einsteinova prstenu „ k 20. výročí velmi velkého pole ,2000(zpřístupněno 6. května 2013 )
  9. (in) Albert Einstein. Relativita: Speciální a obecná teorie , část II
  10. Einstein 1936 , str.  ?
  11. (in) MC Werner , J. Year a NW Evans , „  Multiple We Einstein ring  “ , MNRAS , sv.  391, n O  22008, str.  668-674 ( DOI  10.1111 / j.1365-2966.2008.1382 , číst online )
  12. (in) CS Kochanek , CR Keeton a BA McLeod , „  Důležitost Einsteinových prstenů  “ , Astrophysical Journal , sv.  547, n o  50,2001( DOI  10.1086 / 318350 , shrnutí , číst online )

Související články

externí odkazy