عدسی گرانشی توزیع ماده (به عنوان مثال، خوشه ای از کهکشان ها) بین یک منبع نوری دوردست است که می تواند تابش ماهواره را خم کند، به سمت بیننده و ناظر بگذرد. این اثر به عنوان عدسی گرانشی شناخته می شود و میزان خمش یکی از پیش بینی های آلبرت انیشتین در نسبیت عام است. فیزیک کلاسیک همچنین در مورد خم شدن نور صحبت می کند، اما این تنها نیمی از چیزی است که نسبیت عام در مورد آن صحبت می کند.
Creator
اگرچه انیشتین در سال 1912 محاسبات منتشر نشده ای را در مورد این موضوع انجام داد، اورست چولسون (1924) و فرانتیشک لینک (1936) عموماً اولین کسانی هستند که تأثیر عدسی گرانشی را بیان کردند. با این حال، او هنوز بیشتر با انیشتین مرتبط است که مقاله ای در سال 1936 منتشر کرد.
تأیید نظریه
Fritz Zwicky در سال 1937 پیشنهاد کرد که این اثر می تواند به خوشه های کهکشانی اجازه دهد تا به عنوان یک عدسی گرانشی عمل کنند. تنها در سال 1979، این پدیده با مشاهده کوازار Twin QSO SBS 0957 + 561 تایید شد.
شرح
برخلاف لنزهای نوری، لنزهای گرانشی حداکثر انحراف نور را ایجاد می کنند که از نزدیکترین فاصله به مرکز خود می گذرد. و حداقل چیزی که بیشتر گسترش می یابد. بنابراین، یک لنز گرانشی یک نقطه کانونی واحد ندارد، بلکه دارای یک خط است. این اصطلاح در زمینه انحراف نور اولین بار توسط O. J. کلبه. او خاطرنشان کرد که "این غیرقابل قبول است که بگوییم عدسی گرانشی خورشید به این شکل عمل می کند، زیرا ستاره فاصله کانونی ندارد."
اگر منبع، جسم عظیم و ناظر در یک خط مستقیم قرار گیرند، نور منبع به صورت حلقه ای در اطراف ماده ظاهر می شود. اگر افست وجود داشته باشد، به جای آن فقط بخش قابل مشاهده است. این عدسی گرانشی اولین بار در سال 1924 در سن پترزبورگ توسط فیزیکدان اورست خوولسون ذکر شد و توسط آلبرت انیشتین در سال 1936 به صورت کمی کار شد. به طور کلی در ادبیات به عنوان حلقه های آلبرت نامیده می شود، زیرا اولی مربوط به جریان یا شعاع تصویر نبود.
اغلب وقتی جرم عدسی پیچیده است (مانند گروهی از کهکشان ها یا خوشه ها) و باعث اعوجاج کروی فضا-زمان نمی شود، منبع شبیه به آن می شود.قوس های جزئی پراکنده در اطراف لنز. سپس ناظر می تواند چندین تصویر تغییر اندازه از یک شی را ببیند. تعداد و شکل آنها به موقعیت نسبی و همچنین به شبیه سازی لنزهای گرانشی بستگی دارد.
سه کلاس
1. عدسی قوی.
جایی که اعوجاج به راحتی قابل مشاهده است، مانند تشکیل حلقه های انیشتین، کمان ها و تصاویر متعدد.
2. عدسی ضعیف.
جایی که تغییر در منابع پس‌زمینه بسیار کوچک‌تر است و تنها با تجزیه و تحلیل آماری تعداد زیادی از اشیاء برای یافتن تنها چند درصد داده‌های منسجم قابل شناسایی است. لنز از نظر آماری نشان می دهد که چگونه کشش ترجیحی مواد زمینه عمود بر جهت به سمت مرکز است. با اندازه‌گیری شکل و جهت تعداد زیادی از کهکشان‌های دور، می‌توان مکان آنها را برای اندازه‌گیری تغییر میدان عدسی در هر منطقه به‌طور میانگین محاسبه کرد. این، به نوبه خود، می تواند برای بازسازی توزیع جرم استفاده شود: به ویژه، جداسازی پس زمینه ماده تاریک می تواند بازسازی شود. از آنجایی که کهکشان ها ذاتاً بیضوی هستند و سیگنال عدسی گرانشی ضعیف اندک است، تعداد بسیار زیادی کهکشان باید در این مطالعات مورد استفاده قرار گیرند. داده‌های ضعیف لنز باید با دقت از تعدادی از منابع مهم سوگیری اجتناب کنند: شکل داخلی، تمایل عملکرد پخش نقطه‌ای دوربین به اعوجاج، و توانایی دید اتمسفر برای تغییر تصاویر.
نتایج اینهامطالعات برای ارزیابی لنزهای گرانشی در فضا برای درک بهتر و بهبود مدل Lambda-CDM و ارائه یک بررسی سازگاری در سایر مشاهدات مهم هستند. آنها همچنین ممکن است یک محدودیت مهم در آینده برای انرژی تاریک ایجاد کنند.
3. میکرولنزینگ.
جایی که هیچ اعوجاج در شکل قابل مشاهده نیست، اما میزان نور دریافتی از شی پس‌زمینه در طول زمان تغییر می‌کند. شیء عدسی می‌تواند ستاره‌های راه شیری باشد و منبع پس‌زمینه توپ‌هایی در یک کهکشان دوردست یا در موردی دیگر، یک اختروش حتی دورتر است. این اثر کوچک است، به طوری که حتی یک کهکشان با جرم بیشتر از 100 میلیارد برابر خورشید می تواند تصاویر متعددی را ایجاد کند که تنها با چند ثانیه قوسی از هم فاصله دارند. خوشه های کهکشانی می توانند چند دقیقه جدایی ایجاد کنند. در هر دو مورد، منابع بسیار دور هستند، صدها مگاپارسک از جهان ما.
تأخیر زمانی
لنزهای گرانشی به طور یکسان روی همه انواع تابش الکترومغناطیسی، نه فقط نور مرئی، عمل می کنند. اثرات ضعیف هم برای پس‌زمینه مایکروویو کیهانی و هم برای مطالعات کهکشانی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. لنزهای قوی در حالت های رادیویی و اشعه ایکس نیز مشاهده شد. اگر چنین جسمی چندین تصویر تولید کند، یک تاخیر زمانی نسبی بین دو مسیر وجود خواهد داشت. یعنی در یک لنز، توضیحات زودتر از عدسی دیگر مشاهده می شود.
سه نوع شی
1. ستاره ها، باقیمانده ها، کوتوله های قهوه ای وسیارات.
هنگامی که یک جسم در کهکشان راه شیری از بین زمین و یک ستاره دور عبور می کند، نور پس زمینه را متمرکز کرده و تشدید می کند. چندین رویداد از این نوع در ابر ماژلانی بزرگ، یک جهان کوچک در نزدیکی کهکشان راه شیری مشاهده شده است.
2. کهکشان ها.
سیاره های پرجرم می توانند به عنوان عدسی های گرانشی نیز عمل کنند. نور منبعی در پشت کیهان خم می شود و برای ایجاد تصاویر متمرکز می شود.
3. خوشه های کهکشان.
یک جسم عظیم می تواند تصاویری از یک جسم دور در پشت خود ایجاد کند، معمولاً به شکل کمان های کشیده - بخشی از حلقه انیشتین. عدسی‌های گرانشی خوشه‌ای این امکان را به وجود می‌آورند که نورهای بسیار دور یا ضعیف‌تر از آن را مشاهده کنند. و از آنجایی که نگاه کردن به فواصل طولانی به معنای نگاه کردن به گذشته است، بشریت به اطلاعات مربوط به جهان اولیه دسترسی دارد.
عدسی جاذبه خورشیدی
آلبرت اینشتین در سال 1936 پیش‌بینی کرد که پرتوهای نور در همان جهت با لبه‌های ستاره اصلی به کانونی در حدود 542 AU همگرا می‌شوند. بنابراین یک کاوشگر در فاصله (یا بیشتر) از خورشید می تواند از آن به عنوان یک عدسی گرانشی برای بزرگنمایی اجرام دور در طرف مقابل استفاده کند. مکان کاوشگر را می توان در صورت لزوم برای انتخاب اهداف مختلف تغییر داد.
پروب دریک
این فاصله بسیار فراتر از پیشرفت و توانایی تجهیزات کاوشگر فضایی مانند وویجر 1 و فراتر از سیارات شناخته شده است، اگرچه برای هزاران سالسدنا در مدار بسیار بیضوی خود حرکت بیشتری خواهد کرد. بهره بالای برای تشخیص بالقوه سیگنال‌ها از طریق این لنز، مانند امواج مایکروویو روی یک خط هیدروژنی 21 سانتی‌متری، فرانک دریک را بر آن داشت تا در روزهای اولیه SETI حدس بزند که یک کاوشگر می‌تواند تا این حد ارسال شود. SETISAIL چند منظوره و بعداً FOCAL توسط ESA در سال 1993 پیشنهاد شد.
اما همانطور که انتظار می رود، این کار دشواری است. اگر کاوشگر از 542 واحد نجومی عبور کند، قابلیت‌های بزرگنمایی شیء در فواصل طولانی‌تر به کار خود ادامه می‌دهد، زیرا پرتوهایی که در فواصل بزرگ‌تر متمرکز می‌شوند، دورتر از اعوجاج تاج خورشیدی حرکت می‌کنند. انتقادی از این مفهوم توسط لندیس ارائه شد، که در مورد موضوعاتی مانند تداخل، بزرگنمایی هدف بالا که طراحی صفحه کانونی ماموریت را دشوار می کند و تجزیه و تحلیل انحراف کروی خود لنز بحث کرد.
