Nočná obloha už dlho priťahuje a imponuje človeka mnohými hviezdami. Amatérsky ďalekohľad môže vidieť oveľa väčšiu rozmanitosť objektov hlbokého vesmíru - množstvo zhlukov, sférických a rozptýlených, hmlovín a blízkych galaxií. Existujú však mimoriadne veľkolepé a zaujímavé javy, ktoré dokážu odhaliť iba silné astronomické prístroje. Medzi takéto poklady vesmíru patria udalosti gravitačnej šošovky a medzi ne patria aj takzvané Einsteinove kríže. Čo to je, zistíme v tomto článku.
Vesmírne šošovky
Gravitačná šošovka je vytvorená silným gravitačným poľom objektu s významnou hmotnosťou (napríklad veľká galaxia), ktorý sa náhodne zachytí medzi pozorovateľom a nejakým vzdialeným zdrojom svetla - kvazarom, inou galaxiou alebo jasnou supernova.
Einsteinova teória gravitácie považuje gravitačné polia za deformácie časopriestorového kontinua. Podľa toho sú aj čiary, pozdĺž ktorých sa šíria svetelné lúče v najkratších časových intervaloch (geodetické čiary).sú ohnuté. Výsledkom je, že pozorovateľ vidí obraz zdroja svetla určitým spôsobom zdeformovaný.
Čo je to „Einsteinov kríž“?
Povaha skreslenia závisí od konfigurácie gravitačnej šošovky a od jej polohy vo vzťahu k priamke pohľadu spájajúcej zdroj a pozorovateľa. Ak je šošovka striktne symetrická na ohniskovej línii, deformovaný obraz sa ukáže ako prstencový, ak je stred symetrie posunutý vzhľadom na čiaru, potom je možné takýto Einsteinov prstenec rozdeliť na oblúky.
Pri dostatočne silnom posune, keď sa vzdialenosti prekonané svetlom výrazne líšia, šošovka vytvára obraz s viacerými bodkami. Einsteinov kríž na počesť autora všeobecnej teórie relativity, v rámci ktorej sa predpovedali javy tohto druhu, sa nazýva štvornásobný obraz šošovkového zdroja.
Kvazar v štyroch tvárach
Jedným z „najfotogenickejších“štvornásobných objektov je kvazar QSO 2237+0305 patriaci do súhvezdia Pegas. Je veľmi ďaleko: svetlo vyžarované týmto kvazarom prešlo viac ako 8 miliárd rokov, kým dopadlo na šošovky kamier pozemných a vesmírnych teleskopov. V súvislosti s týmto Einsteinovým krížom treba mať na pamäti, že toto je vlastné meno, aj keď neoficiálne, a píše sa s veľkým písmenom.
V hornej časti fotografie je Einsteinov kríž. Centrálna škvrna je jadrom šošovkovej galaxie. Snímka bola urobená vesmíromHubblov teleskop.
Galaxia ZW 2237+030, ktorá funguje ako šošovka, je 20-krát bližšie ako samotný kvazar. Je zaujímavé, že v dôsledku dodatočného efektu šošovky produkovaného jednotlivými hviezdami, prípadne hviezdokopami alebo masívnymi oblakmi plynu a prachu v ich zložení, jas každej zo štyroch zložiek podlieha postupným a nerovnomerným zmenám.
Rôzne tvary
Možno nemenej krásny je kvazar s krížovými šošovkami HE 0435-1223, takmer na rovnakú vzdialenosť ako QSO 2237+0305. Gravitačná šošovka tu v dôsledku úplne náhodného súboru okolností zaujíma takú polohu, že všetky štyri obrázky kvazaru sú umiestnené takmer rovnomerne a tvoria takmer pravidelný kríž. Tento mimoriadne veľkolepý objekt sa nachádza v súhvezdí Eridani.
A nakoniec špeciálna príležitosť. Astronómovia mali to šťastie, že na fotografii zachytili, ako mocná šošovka – galaxia v obrovskom zhluku v popredí – vizuálne zväčšila nie kvazar, ale výbuch supernovy. Jedinečnosťou tejto udalosti je, že supernova je na rozdiel od kvazaru krátkodobým javom. K výbuchu, nazývanému supernova Refsdal, došlo vo vzdialenej galaxii pred viac ako 9 miliardami rokov.
O nejaký čas neskôr, k Einsteinovmu krížu, ktorý zosilnil a znásobil starodávny hviezdny výbuch, o niečo ďalej, pribudol ďalší piaty obrázok, oneskorený kvôli zvláštnostiam štruktúry šošovky a mimochodom predpovedanývopred.
Na obrázku nižšie môžete vidieť „portrét“supernovy Refsdal, vynásobený gravitáciou.
Vedecký význam fenoménu
Fenóm ako Einsteinov kríž samozrejme nehrá len estetickú úlohu. Existencia objektov tohto druhu je nevyhnutným dôsledkom všeobecnej teórie relativity a ich priame pozorovanie je jedným z najzrejmejších potvrdení jej platnosti.
Spolu s ďalšími účinkami gravitačnej šošovky priťahujú veľkú pozornosť vedcov. Einsteinove kríže a prstence umožňujú študovať nielen také vzdialené zdroje svetla, ktoré nebolo možné vidieť bez šošoviek, ale aj štruktúru samotných šošoviek – napríklad rozloženie tmavej hmoty v kopách galaxií.
Štúdium nerovnomerne naskladaných šošovkových obrazov kvazarov (vrátane krížových) môže tiež pomôcť spresniť ďalšie dôležité kozmologické parametre, ako je Hubbleova konštanta. Tieto nepravidelne tvarované Einsteinovské krúžky a kríže sú tvorené lúčmi, ktoré v rôznych časoch prešli rôznymi vzdialenosťami. Preto porovnanie ich geometrie s fluktuáciami jasu umožňuje dosiahnuť veľkú presnosť pri určovaní Hubbleovej konštanty, a tým aj dynamiky vesmíru.
Jedným slovom, úžasné javy vytvorené gravitačnými šošovkami sú nielen príjemné pre oči, ale zohrávajú vážnu úlohu aj v moderných vesmírnych vedách.
