Нощното небе отдавна привлича и впечатлява човек с много звезди. Любителски телескоп може да види много по-голямо разнообразие от обекти в дълбокия космос - изобилие от клъстери, сферични и разпръснати, мъглявини и близки галактики. Но има изключително зрелищни и интересни явления, които само мощни астрономически инструменти могат да открият. Сред такива съкровища на Вселената са събитията от гравитационното лещи, а сред тях са и т. нар. кръстове на Айнщайн. Какво представлява, ще разберем в тази статия.
Космически лещи
Гравитационна леща се създава от мощно гравитационно поле на обект със значителна маса (например голяма галактика), случайно уловен между наблюдателя и някакъв далечен източник на светлина - квазар, друга галактика или ярка свръхнова.
Теорията на гравитацията на Айнщайн разглежда гравитационните полета като деформации на пространствено-времевия континуум. Съответно линиите, по които светлинните лъчи се разпространяват в най-кратки интервали от време (геодезически линии), също саса огънати. В резултат на това наблюдателят вижда изображението на източника на светлина изкривено по определен начин.
Какво е "кръстът на Айнщайн"?
Естеството на изкривяването зависи от конфигурацията на гравитационната леща и от нейното положение спрямо зрителната линия, свързваща източника и наблюдателя. Ако лещата е строго симетрична на фокусната линия, деформираното изображение се оказва пръстеновидно, ако центърът на симетрията е изместен спрямо линията, тогава такъв пръстен на Айнщайн може да бъде разделен на дъги.
При достатъчно силно изместване, когато разстоянията, покрити от светлината, се различават значително, лещите образуват изображения с множество точки. Кръстът на Айнщайн, в чест на автора на общата теория на относителността, в рамките на която са били предсказани явления от този вид, се нарича четворната картина на източника на лещи.
Квазар в четири лица
Един от най-"фотогеничните" четворни обекти е квазарът QSO 2237+0305, принадлежащ към съзвездието Пегас. Той е много далеч: светлината, излъчвана от този квазар, е пътувала повече от 8 милиарда години, преди да удари обективите на камерите на наземни и космически телескопи. Трябва да се има предвид във връзка с този кръст на Айнщайн, че това е собствено име, макар и неофициално, и се изписва с главна буква.
В горната част на снимката е кръстът на Айнщайн. Централното петно е ядрото на лещата галактика. Снимката е направена от космосателескопа Хъбъл.
Галактиката ZW 2237+030, действаща като леща, е 20 пъти по-близо от самия квазар. Интересното е, че поради допълнителния ефект на лещи, произведен от отделни звезди и евентуално звездни купове или масивни газови и прахови облаци в състава му, яркостта на всеки от четирите компонента претърпява постепенни промени и неравномерни.
Разнообразие от форми
Може би не по-малко красив е квазарът с кръстосани лещи HE 0435-1223, почти на същото разстояние като QSO 2237+0305. Гравитационната леща, поради напълно случаен набор от обстоятелства, заема такава позиция тук, че и четирите изображения на квазара са разположени почти равномерно, образувайки почти правилен кръст. Този необикновено грандиозен обект се намира в съзвездието Еридани.
И накрая специален повод. Астрономите имаха късмета да заснемат на снимка как мощен обектив - галактика в огромен куп на преден план - визуално увеличава не квазар, а експлозия на свръхнова. Уникалността на това събитие е, че свръхновата, за разлика от квазара, е краткосрочно явление. Експлозията, наречена супернова Рефсдал, се случи в далечна галактика преди повече от 9 милиарда години.
След известно време, към кръста на Айнщайн, който укрепи и умножи древната звездна експлозия, малко по-далеч, беше добавено още едно пето изображение, закъсняло поради особеностите на структурата на лещата и, между другото, предсказанопредварително.
На снимката по-долу можете да видите "портрета" на свръхновата Refsdal, умножен по гравитацията.
Научно значение на феномена
Разбира се, такъв феномен като кръста на Айнщайн играе не само естетическа роля. Съществуването на обекти от този вид е необходимо следствие от общата теория на относителността и тяхното пряко наблюдение е едно от най-очевидните потвърждения за нейната валидност.
Заедно с други ефекти на гравитационните лещи, те привличат внимателното внимание на учените. Кръстовете и пръстените на Айнщайн позволяват да се изследват не само такива далечни източници на светлина, които не могат да се видят при липса на лещи, но и структурата на самите лещи - например разпределението на тъмната материя в галактическите купове.
Изследването на неравномерно подредени лещи изображения на квазари (включително кръстовидни) може също да помогне за прецизиране на други важни космологични параметри, като константата на Хъбъл. Тези айнщайнови пръстени и кръстове с неправилна форма са образувани от лъчи, които са изминали различни разстояния в различно време. Следователно сравнението на тяхната геометрия с флуктуациите на яркостта дава възможност да се постигне голяма точност при определяне на константата на Хъбъл, а оттам и на динамиката на Вселената.
С една дума, невероятните явления, създадени от гравитационните лещи, не само радват окото, но и играят сериозна роля в съвременните космически науки.
