Nakts debesis jau sen ir piesaistījušas un iespaido cilvēku ar daudzām zvaigznēm. Amatieru teleskopā var redzēt daudz lielāku dziļā kosmosa objektu daudzveidību - daudz sfērisku un izkliedētu kopu, miglājus un tuvumā esošās galaktikas. Bet ir ārkārtīgi iespaidīgas un interesantas parādības, kuras var atklāt tikai spēcīgi astronomiskie instrumenti. Starp šādiem Visuma dārgumiem ir gravitācijas lēcu notikumi, un starp tiem ir tā sauktie Einšteina krusti. Kas tas ir, mēs uzzināsim šajā rakstā.
Kosmosa objektīvi
Gravitācijas lēcu rada jaudīgs objekta gravitācijas lauks ar ievērojamu masu (piemēram, liela galaktika), kas nejauši nokļuvis starp novērotāju un kādu tālu gaismas avotu - kvazāru, citu galaktiku vai spilgtu supernova.
Einšteina gravitācijas teorija uzskata, ka gravitācijas lauki ir telpas-laika kontinuuma deformācijas. Attiecīgi ir arī līnijas, pa kurām gaismas stari izplatās visīsākajā laika intervālā (ģeodēziskās līnijas).ir saliekti. Rezultātā novērotājs redz gaismas avota attēlu noteiktā veidā izkropļotu.
Kas ir "Einšteina krusts"?
Kropļojuma raksturs ir atkarīgs no gravitācijas lēcas konfigurācijas un no tā stāvokļa attiecībā pret redzamības līniju, kas savieno avotu un novērotāju. Ja objektīvs ir stingri simetrisks uz fokusa līnijas, deformētais attēls izrādās gredzenveida, ja simetrijas centrs ir nobīdīts attiecībā pret līniju, tad šādu Einšteina gredzenu var sadalīt lokos.
Ar pietiekami spēcīgu nobīdi, kad gaismas aptvertie attālumi būtiski atšķiras, objektīvs veido vairākus punktu attēlus. Einšteina krustu, godinot vispārējās relativitātes teorijas autoru, kuras ietvaros tika prognozētas šāda veida parādības, sauc par objektīva avota četrkāršo attēlu.
Kvazārs četrās sejās
Viens no "fotogēnākajiem" četrkāršajiem objektiem ir kvazārs QSO 2237+0305, kas pieder pie Pegaza zvaigznāja. Tas ir ļoti tālu: šī kvazāra izstarotā gaisma ceļoja vairāk nekā 8 miljardus gadu, pirms tā trāpīja uz zemes un kosmosa teleskopu kameru lēcām. Saistībā ar šo Einšteina krustu jāpatur prātā, ka tas ir īpašvārds, kaut arī neoficiāls, un tas ir rakstīts ar lielo burtu.
Fotogrāfijas augšpusē ir Einšteina krusts. Centrālā vieta ir lēcas galaktikas kodols. Bilde uzņemta pēc telpasHabla teleskops.
Galaktika ZW 2237+030, kas darbojas kā objektīvs, atrodas 20 reizes tuvāk nekā pats kvazārs. Interesanti, ka atsevišķu zvaigžņu un, iespējams, zvaigžņu kopu vai masīvu gāzes un putekļu mākoņu radītā papildu lēcu efekta dēļ katras četras sastāvdaļas spilgtums pakāpeniski mainās, turklāt nevienmērīgi.
Dažādas formas
Varbūt ne mazāk skaists ir šķērslēcas kvazārs HE 0435-1223, gandrīz tādā pašā attālumā kā QSO 2237+0305. Gravitācijas lēca pilnīgi nejaušu apstākļu kopuma dēļ šeit ieņem tādu pozīciju, ka visi četri kvazāra attēli atrodas gandrīz vienmērīgi, veidojot gandrīz regulāru krustu. Šis neparasti iespaidīgais objekts atrodas Eridani zvaigznājā.
Un visbeidzot īpašs notikums. Astronomiem paveicās iemūžināt fotogrāfijā, kā spēcīgs objektīvs - galaktika milzīgā klasterī priekšplānā - vizuāli palielināja nevis kvazāru, bet gan supernovas sprādzienu. Šī notikuma unikalitāte ir tāda, ka supernova atšķirībā no kvazāra ir īslaicīga parādība. Sprādziens, kas nodēvēts par Refsdāla supernovu, notika tālā galaktikā pirms vairāk nekā 9 miljardiem gadu.
Kādu laiku vēlāk pie Einšteina krusta, kas nostiprināja un pavairoja seno zvaigžņu sprādzienu, nedaudz tālāk tika pievienots vēl viens piektais attēls, novēlots objektīva struktūras īpatnību dēļ un, starp citu, pareģotsiepriekš.
Zemāk redzamajā attēlā var redzēt supernovas Refsdāla "portretu", kas reizināts ar gravitāciju.
Parādības zinātniskā nozīme
Protams, tādai parādībai kā Einšteina krusts ir ne tikai estētiska loma. Šāda veida objektu esamība ir nepieciešamas vispārējās relativitātes teorijas sekas, un to tiešais novērojums ir viens no acīmredzamākajiem tās derīguma apstiprinājumiem.
Kopā ar citiem gravitācijas lēcu efektiem tie piesaista lielu zinātnieku uzmanību. Einšteina krusti un gredzeni ļauj pētīt ne tikai tik tālu gaismas avotus, kurus lēcu neesamības gadījumā nevarētu redzēt, bet arī pašu lēcu uzbūvi – piemēram, tumšās vielas izplatību galaktiku kopās.
Nevienmērīgi izvietotu kvazāru (tostarp krustveida) objektīvu attēlu izpēte var arī palīdzēt precizēt citus svarīgus kosmoloģiskos parametrus, piemēram, Habla konstanti. Šos neregulārās formas Einšteina gredzenus un krustus veido stari, kas dažādos laikos ir nogājuši dažādus attālumus. Tāpēc to ģeometrijas salīdzinājums ar spilgtuma svārstībām ļauj sasniegt lielu precizitāti, nosakot Habla konstanti un līdz ar to arī Visuma dinamiku.
Vārdu sakot, apbrīnojamās parādības, ko rada gravitācijas lēcas, ir ne tikai patīkamas acīm, bet arī spēlē nopietnu lomu mūsdienu kosmosa zinātnēs.
