Наука простыми словами — что такое гравитационная линза?

Свет не всегда распространяется прямолинейно. Как предсказывал Эйнштейн в своей общей теории относительности, массивные объекты деформируют ткань самого пространства. Когда свет проходит через один из этих массивных объектов, таких как скопление галактик, его путь немного меняется.

Этот эффект, называемый гравитационным линзированием, виден только в редких случаях, и только лучшие телескопы могут наблюдать связанные с ним явления.

Источник: ESA

Гравитационные линзы создают изображения различной формы в зависимости от формы тела линзы. Если линза сферическая, то изображение выглядит как кольцо Эйнштейна (другими словами, как кольцо света) (вверху); если линза вытянута, то изображение представляет собой крест Эйнштейна (оно кажется разделенным на четыре отдельных изображения) (в центре), а если линза представляет собой скопление галактик, например Abell 2218, то дуги и дуги (изображения в форме бананов) света формируются (внизу).

Чувствительность и высокое разрешение Hubble позволяют ему видеть  слабые и далекие гравитационные линзы, которые невозможно обнаружить с помощью наземных телескопов, изображения которых размыты атмосферой Земли. Гравитационное линзирование приводит к множеству изображений исходной галактики, каждое из которых имеет характерно искаженную бананоподобную форму или даже кольца.

Hubble был первым телескопом, позволившим рассмотреть детали этих многочисленных дуг в форме бананов. Благодаря своему острому зрению он может напрямую определять форму и внутреннюю структуру фоновых галактик в линзах. Таким образом, можно легко сопоставить разные дуги, исходящие от одного и того же фонового объекта — будь то галактика или даже сверхновая — на глаз.

Гравитационное линзирование можно использовать для "взвешивания" скоплений, поскольку степень линзирования зависит от общей массы скопления. Это существенно улучшило наше понимание распределения "скрытой" темной материи в скоплениях галактик и, следовательно, во Вселенной в целом. Эффект гравитационного линзирования также позволил сделать первый шаг к раскрытию тайны темной энергии .

Поскольку гравитационные линзы функционируют как увеличительные очки , их можно использовать для изучения далеких галактик из ранней Вселенной, которые в противном случае были бы невозможно увидеть из-за их большого расстояния от Земли.

Ричард Эллис, астроном из Кембриджского университета и Калифорнийский технологический института описывает первый опыт обнаружения космических линз так:

Когда мы впервые наблюдали скопление галактик Abell 2218 с помощью Hubble в 1995 году, мы в основном стремились изучить скопление и его галактики. Но нас ждал сюрприз. На изображениях были видны десятки и десятки дуг с гравитационной линзой. Когда мы показали эти сверхчеткие изображения нашим коллегам, они сразу поняли важность использования гравитационного линзирования в качестве космологического инструмента.