Гравитация как линза
Одно из самых поразительных предсказаний общей теории относительности Эйнштейна — масса искривляет пространство-время, и свет следует этому искривлению. Массивный объект между далёким источником света и наблюдателем действует как гравитационная линза, изгибая лучи и искажая изображение фонового источника. Этот эффект, впервые подтверждённый Артуром Эддингтоном во время солнечного затмения 1919 года, стал одним из мощнейших инструментов современной астрофизики.
Кольцо Эйнштейна
Когда далёкий источник, массивная линза и наблюдатель идеально выровнены, свет источника симметрично изгибается вокруг линзы, образуя полное световое кольцо — кольцо Эйнштейна. Угловой радиус кольца зависит от массы линзы и расстояний: θE = √(4GM·DLS/(c²·DL·DS)). Переместите ползунок смещения источника, чтобы увидеть, как кольцо распадается на дуги при нарушении выравнивания.
Первое полное кольцо Эйнштейна было открыто в 1988 году (MG 1131+0456), сейчас известно более 100. Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил потрясающие новые примеры с беспрецедентной детализацией.
Сильное, слабое и микролинзирование
Сильное линзирование возникает при близком выравнивании источника с массивной линзой, создавая множественные изображения, дуги или полные кольца. Скопления галактик — мощнейшие линзы во Вселенной, увеличивающие фоновые галактики в 10–50 раз и позволяющие изучать объекты, которые иначе были бы невидимы.
Слабое линзирование создаёт тонкие статистические искажения форм множества фоновых галактик. Хотя ни одна отдельная галактика не показывает выраженного эффекта, анализ миллионов галактик выявляет распределение массы — включая невидимую тёмную материю — в космических структурах.
Микролинзирование происходит, когда компактный объект (звезда, планета или чёрная дыра) проходит на фоне далёкой звезды. Искажение изображения слишком мало для разрешения, но временное увеличение яркости можно зарегистрировать. Этот метод использовался для открытия экзопланет и оценки популяции чёрных дыр в нашей Галактике.
Линзирование как космический телескоп
Гравитационное линзирование позволило обнаружить одни из самых далёких галактик. Эффект увеличения работает как природный телескоп, повышая яркость и видимый размер фоновых источников. В 2022 году JWST наблюдал Эарендель — одиночную звезду на красном смещении 6,2, видимую только благодаря экстремальному увеличению скоплением галактик переднего плана. Без гравитационного линзирования такие наблюдения были бы невозможны даже с самыми мощными телескопами.