Lentilă gravitațională

Principiul devierii razelor de lumină. Imaginea obiectelor îndepărtate ia forma unor arce care înconjoară obiectul masiv intermediar. Deviația este diferită de o lentilă optică.

Parte a seriei de articole despre
Relativitate generală
$G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }$
Istoric Teste Formulare matematică
Concepte fundamentale Principiul relativității Teoria relativității Sistem de referință Sistem de referință inerțial Principiul echivalenței Echivalență masă–energie Relativitatea restrânsă Geometrie riemanniană
Fenomenologie Gravitoelectromagnetism Gravitație Câmp gravitațional Lentilă gravitațională Undă gravitațională Deplasarea spre roșu Deplasarea spre albastru Dilatarea timpului Dilatare temporală gravitațională Întârzierea Shapiro Potențial gravitațional Compresie gravitațională Colaps gravitațional Orizont de evenimente Singularitate gravitațională Singularitate nudă Gaură neagră Gaură albă Spațiu-timp Spațiu Timp Diagrama Minkowski Spațiu Minkowski Gaură de vierme
Ecuații și teorii Ecuații Ecuațiile lui Einstein Friedmann Mathisson–Papapetrou–Dixon Hamilton–Jacobi–Einstein Formalism ADM BSSN Newman-Penrose Post-Newtonian Teorii avansate Teoria Kaluza–Klein Gravitație cuantică Supergravitație
Soluții Schwarzschild Reissner–Nordström Gödel Kerr Kerr–Newman Kasner Lemaître–Tolman Robertson–Walker Praful lui van Stockum
Oameni de știință Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedman Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Raychaudhuri Taylor Hulse van Stockum Taub Newman Yau Thorne alții

În astrofizică, o lentilă gravitațională sau mirajul gravitațional este produsă de prezența unui corp ceresc foarte masiv (cum ar fi, de exemplu, un roi de galaxii) situat între un observator și o sursă de lumină îndepărtată. Lentila gravitațională, conferind un câmp gravitațional puternic în jurul său, are ca efect curbarea razelor de lumină care trec în apropierea ei, distorsionând astfel imaginile primite de un observator plasat pe linia de vedere. În cazul alinierii perfecte a sursei observate și corpul ceresc jucând rolul de lentilă gravitațională față de observator, mirajul poate lua forma unui inel Einstein. Tratând lumina ca corpusculi care călătoresc cu viteza luminii, fizica newtoniană prezice, de asemenea, curbarea luminii, dar doar jumătate din cea prezisă de relativitatea generală.

Deși Einstein a făcut calcule nepublicate pe acest subiect în 1912, Orest Khvolson (1924) și Frantisek Link (1936) sunt, în general, creditați că au fost primii care au discutat efectul în lucrări tipărite. Cu toate acestea, acest efect este asociat mai frecvent cu Einstein, care a publicat un articol pe acest subiect în 1936.

Fritz Zwicky a precizat în 1937 că efectul ar putea permite roiurilor de galaxii să acționeze ca lentile gravitaționale. Abia în 1979, acest efect a fost confirmat prin observarea Twin QSO SBS 0957+561.

Principiu

Un corp masiv, cum ar fi o stea, o gaură neagră sau o galaxie, curbează spațiu-timp, conform legilor relativității generale. Lumina, urmând întotdeauna calea cea mai scurtă, este curbată de câmpul gravitațional.

Spre deosebire de lentilele optice, curbarea maximă a luminii este mai aproape de centrul lentilei gravitaționale și minimă mai departe de acest centru. În consecință, o lentilă gravitațională nu are un singur punct focal, ci are în schimb o „linie focală”.

De exemplu, dacă o galaxie din apropiere și un quasar îndepărtat se află pe aceeași linie de observație, adică exact în aceeași direcție a cerului față de observator, lumina care vine de la quasar va fi puternic curbată în timpul trecerii sale în apropierea galaxiei. Razele de lumină care trec ușor deasupra galaxiei sunt curbate în jos și au ca rezultat o imagine deplasată în sus a quasarului. Pe de altă parte, razele de lumină care trec pe sub galaxie sunt curbate în sus și dau naștere unei imagini a quasarului deplasată în jos. În acest fel, galaxia din apropiere, perturbând propagarea luminii de la quasar, dă naștere mai multor imagini ale acesteia.

Istoric

Una dintre fotografiile lui Eddington cu experimentul eclipsei de soare din 1919, prezentată în lucrarea sa din 1920.

Henry Cavendish în 1784 (într-un manuscris nepublicat) și Johann Georg von Soldner în 1801 (publicat în 1804) au subliniat că gravitația newtoniană prezice că lumina stelelor se va curba în jurul unui obiect masiv așa cum presupusese deja Isaac Newton în 1704 în cartea sa Optica. Einstein a remarcat în 1915, în procesul de completare a relativității generale, că rezultatul lui Soldner din 1911 este doar jumătate din valoarea corectă. Einstein a devenit primul care a calculat valoarea corectă pentru curbarea luminii.

Prima observație a curbării luminii a fost realizată prin observarea schimbării poziției stelelor pe măsură ce treceau în apropierea Soarelui pe bolta cerească. Observațiile au fost efectuate în 1919 de Arthur Eddington, Frank Watson Dyson și colaboratorii lor în timpul eclipsei totale de soare din 29 mai. Eclipsa de soare a permis observarea stelelor din apropierea Soarelui. Observațiile au fost făcute simultan în orașele Sobral din Brazilia și în São Tomé și Príncipe de pe coasta de vest a Africii. Observațiile au demonstrat că lumina de la stelele care trec în apropierea Soarelui era ușor curbată, astfel încât stelele păreau ușor deplasate.

Legături externe

• Video: Evalyn Gates – Einstein's Telescope: The Search for Dark Matter and Dark Energy in the Universe Arhivat în 2 septembrie 2018, la Wayback Machine., presentation in Portland, Oregon, on April 19, 2009, from the author's recent book tour.
• Audio: Fraser Cain and Dr. Pamela Gay – Astronomy Cast: Gravitational Lensing, May 2007