重力引力簡(jiǎn)介

大多數(shù)人都熟悉天文學(xué)的工具:望遠(yuǎn)鏡,專(zhuān)門(mén)的儀器和數(shù)據(jù)庫(kù)。天文學(xué)家使用這些,加上一些特殊的技術(shù)來(lái)觀察遠(yuǎn)處的物體。其中一種技術(shù)被稱(chēng)為"重力鏡頭。"

這種方法只依賴(lài)于光線(xiàn)在巨大物體附近通過(guò)時(shí)的特殊行為。這些區(qū)域的重力,通常包含巨大的星團(tuán)或星團(tuán)簇,放大了來(lái)自遙遠(yuǎn)的恒星,星團(tuán)和準(zhǔn)星的光。使用重力引力的觀測(cè)幫助天文學(xué)家探索存在于宇宙最早時(shí)代的物體。他們還揭示了遙遠(yuǎn)恒星周?chē)行堑拇嬖凇R砸环N不可思議的方式,他們還揭示了滲透宇宙的暗物質(zhì)的分布。

重力吸引的圖形視圖

重力透鏡的力學(xué)

重力引力背后的概念很簡(jiǎn)單:宇宙中的一切都有質(zhì)量,質(zhì)量有引力。如果一個(gè)物體足夠大,它強(qiáng)大的重力會(huì)在光線(xiàn)通過(guò)時(shí)彎曲光線(xiàn)。一個(gè)非常巨大的物體,如星球,恒星或galaxy,或galaxy星團(tuán),甚至黑洞的重力場(chǎng),會(huì)更強(qiáng)烈地吸引附近空間的物體。例如,當(dāng)來(lái)自更遠(yuǎn)物體的光線(xiàn)通過(guò)時(shí),它們被引力場(chǎng)捕獲,彎曲并重新聚焦。重新聚焦的"圖像"通常是更遠(yuǎn)物體的扭曲視圖。在某些極端情況下,整個(gè)背景宇宙(例如)可能通過(guò)重力鏡頭的作用最終扭曲成長(zhǎng)而瘦的香蕉狀形狀。

Lensing

的預(yù)測(cè)

重力引力的想法最初是在愛(ài)因斯坦和廣義相對(duì)論中提出的。1912年左右,愛(ài)因斯坦本人推導(dǎo)出了光通過(guò)太陽(yáng)時(shí)如何偏轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)重力場(chǎng)。他的想法隨后在1919年5月的日蝕期間由科學(xué)家亞瑟·艾丁頓,弗蘭克·戴森以及駐扎在南美洲和巴西城市的觀察員團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了測(cè)試。他們的觀察證明存在引力。雖然重力引力在整個(gè)歷史中都存在,但可以肯定地說(shuō)它是在20世紀(jì)初首次發(fā)現(xiàn)的。今天,它被用來(lái)研究遙遠(yuǎn)宇宙中的許多現(xiàn)象和物體健康生活常識(shí)。恒星和行星可能會(huì)造成引力效應(yīng),盡管這些很難被發(fā)現(xiàn)。宇宙和galaxy星團(tuán)的重力場(chǎng)可以產(chǎn)生更明顯的鏡頭效應(yīng)。而且,現(xiàn)在證明暗物質(zhì)(具有引力效應(yīng))也會(huì)導(dǎo)致透鏡化。

重力吸引的類(lèi)型

重力引力的圖形視圖

現(xiàn)在科學(xué)家們可以觀察到宇宙中的鏡頭,他們將這種現(xiàn)象分為兩種類(lèi)型:強(qiáng)鏡頭和弱鏡頭。強(qiáng)烈的鏡頭很容易理解-如果它可以用人眼在圖像中看到(比如,從哈伯太空望遠(yuǎn)鏡),那么它's強(qiáng)。另一方面,用肉眼檢測(cè)不到弱透鏡。天文學(xué)家必須使用特殊技術(shù)來(lái)觀察和分析這一過(guò)程。

由于暗物質(zhì)的存在,所有遙遠(yuǎn)的宇宙都有點(diǎn)微弱。弱透鏡用于檢測(cè)空間中給定方向的暗物質(zhì)量。它'是一個(gè)非常有用的工具,用于天文學(xué)家,幫助他們了解宇宙中暗物質(zhì)的分布。強(qiáng)大的鏡頭也使他們能夠看到遙遠(yuǎn)的宇宙,就像他們遙遠(yuǎn)的過(guò)去一樣,這讓他們很好地了解數(shù)十億年前的情況。它也放大了來(lái)自非常遙遠(yuǎn)的物體的光,比如最早的宇宙,通常是gives天文學(xué)家對(duì)宇宙的一個(gè)想法'年輕時(shí)的活動(dòng)。

另一種類(lèi)型的鏡頭稱(chēng)為"microlensing"通常是由在另一個(gè)前面穿過(guò)的星形或抵靠更遠(yuǎn)的物體引起的。物體的形狀可能不會(huì)變形,因?yàn)樗哂懈鼜?qiáng)的透鏡,但是光波的強(qiáng)度。這告訴天文學(xué)家可能涉及微透鏡。有趣的是,行星在我們和他們的星星之間通過(guò)時(shí)也可能參與微透鏡。

重力作用發(fā)生在所有波長(zhǎng)的光上,從無(wú)線(xiàn)電和紅外線(xiàn)到可見(jiàn)光和紫外線(xiàn),這是有道理的,因?yàn)樗鼈兌际倾逶∮钪娴碾姶泡椛涔庾V的一部分。

第一個(gè)重力鏡頭

重力吸引

第一個(gè)重力透鏡(除了1919年的日食透鏡實(shí)驗(yàn))是在1979年發(fā)現(xiàn)的,當(dāng)時(shí)科學(xué)家們看到了被稱(chēng)為"孿生QSO".QSO是"準(zhǔn)星狀物體"或quasar的簡(jiǎn)寫(xiě)。最初,這些科學(xué)家認(rèn)為這個(gè)物體可能是一對(duì)準(zhǔn)雙胞胎。在使用亞利桑那州的Kitt Peak國(guó)家觀測(cè)站進(jìn)行仔細(xì)觀察后,科學(xué)家們能夠確定在太空中彼此附近沒(méi)有'兩個(gè)相同的準(zhǔn)星(遙遠(yuǎn)的非?;钴S的星團(tuán))。相反,它們實(shí)際上是兩個(gè)更遠(yuǎn)的quasar圖像,它們是隨著quasar's光沿著光's行進(jìn)路徑以非常大的重力通過(guò)而產(chǎn)生的。該觀察是在光學(xué)(可見(jiàn)光)下進(jìn)行的,后來(lái)在新墨西哥州使用非常大的陣列通過(guò)無(wú)線(xiàn)電觀察得到了證實(shí)。

愛(ài)因斯坦環(huán)

重力吸引

從那時(shí)起,許多重力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些東西。最著名的是愛(ài)因斯坦環(huán),它們是光線(xiàn)在透鏡物體周?chē)纬傻耐哥R物體。在遙遠(yuǎn)的光源,透鏡物體和地球上的望遠(yuǎn)鏡都排在一起的機(jī)會(huì)中,科學(xué)家們能夠看到一圈光環(huán)。這些被稱(chēng)為"愛(ài)因斯坦環(huán),"當(dāng)然被命名為科學(xué)家的工作預(yù)測(cè)了重力鏡頭現(xiàn)象。

愛(ài)因斯坦'著名十字架

重力吸引

另一個(gè)著名的鏡頭物體是名為Q2237+030的quasar,或愛(ài)因斯坦十字架。當(dāng)距離地球大約80億光年的準(zhǔn)星光通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)方形的galaxy時(shí),它創(chuàng)造了這種奇怪的形狀。出現(xiàn)了quasar的四張圖像(肉眼看不到中心的第五張圖像),形成了菱形或十字形。在大約4億光年的距離內(nèi),透鏡狀的galaxy比quasar更接近地球。這個(gè)物體已經(jīng)被哈伯空間望遠(yuǎn)鏡觀察了好幾次。

宇宙中遠(yuǎn)處物體的強(qiáng)烈鏡頭

重力吸引

在宇宙距離尺度上,哈伯太空望遠(yuǎn)鏡定期捕獲其他重力鏡頭圖像。在它的許多觀點(diǎn)中,遙遠(yuǎn)的宇宙被涂抹成弧形。天文學(xué)家使用這些形狀來(lái)確定進(jìn)行透鏡化的galaxy團(tuán)簇中的質(zhì)量分布或找出它們的暗物質(zhì)分布。雖然這些恒星通常太微弱而不容易被看到,但重力引力使它們可見(jiàn),為數(shù)億光年傳遞信息供天文學(xué)家研究。

科學(xué)家們繼續(xù)研究透鏡的影響,特別是當(dāng)黑色h涉及OLE。它們的強(qiáng)烈重力也會(huì)反射光線(xiàn),如本模擬所示,使用天空的HST圖像進(jìn)行演示。

超大型黑洞的計(jì)算機(jī)模擬