Как работает гравитационная линза

Крест Эйнштейна, гравитационная линза

Крест Эйнштейна. Наглядное доказательство действия гравитационной линзы

Принцип действия гравитационной линзы связан с  общей теорией относительности (ОТО). «Космический мираж», который известен как Крест Эйнштейна, — яркий пример того, как проявляется гравитационное линзирование. Взгляните на фотографию слева.  На ней запечатлен один (!) квазар, хотя глаза нас не обманывают: мы видим четыре светящиеся точки. Тогда возникает вопрос: как так, квазар один, а изображений четыре? Ответ лежит в сущности «действия» гравитационной линзы.

гравитационная линза

Преломление лучей света в стакане с водой

Вообще, гравитационную линзу можно представить себе, вспомнив из школьного курса физики эффект преломления солнечных лучей в воде. Вспомнили, как изображение карандаша в стакане преломляется, из-за чего нам кажется, что он разломился в месте, где окунулся в воду? А если воду в стакане взболтать, то, в образовавшихся волнах изображение карандаша будет искажаться еще больше.

Точно также работает и гравитационная линза, только искажение происходит за счет действия гравитационных полей на излучения, исходящие от объектов, попавших в линзу. То есть, изображение квазара в Кресте Эйнштейна «четверится» из-за того, что за квазаром расположена галактика, мощное гравитационное поле которой искажает свет, излучаемый квазаром, создавая три «миража».

Гравитационная линза помогает учёным продвигаться в постижении тайны природы тёмной материи. Различают два вида гравитационного линзирования: слабое и сильное. При слабом гравитационном линзировании искажается форма и видимое положение удаленных объектов. Сильное гравитационное линзирование отличается от слабого силой искажения.  Примером сильного гравитационного линзирования как раз является Крест Эйнштейна: влияние линзы (галактики, которая спряталась за квазаром) настолько велико, что оно может «расщеплять» изображение просматриваемого через линзу объекта, вследствие чего образовываются кольца, дуги, круги и другие более сложные фигуры.

гравитационные линзы, темное вещество

Компьютерное моделирование пути света через космическое пространство

Изучая слабые и сильные линзы, ученые могут определить пространственное распределение массы линзы.

В конце прошлого столетия уже стало известно, о том, что видимая часть Вселенной составляет всего 5% от её общей массы. Как раз, вычисляя массу гравитационной линзы, учёные могут «увидеть» 95% невидимого вещества — тёмную материю.

С помощью мощных суперкомпьютеров ученые сегодня способны смоделировать путь света в больших объемах космического пространства и, таким образом, вычислить «объёмы» тёмного вещества.