Какво е гравитационна леща и как може да я използва телескопът Джеймс Уеб?

Сподели

Ако сте виждали първите изображения от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) тази седмица (и нека си признаем, как да не сте?), може би сте чували термина „гравитационни лещи“ да се използва. Но какво точно означава? И как може да помогне на този нов телескоп да направи открития?

Първото изображение от Джеймс Уеб показа блестящ звезден пейзаж на галактическия клъстер SMACS 0723. Има много неща, които се случват в изображението, но се взирайте достатъчно дълго и може да сте забелязали, че някои от галактиките изглеждат размазани, с опъната светлина навън. Това обаче не е артефакт на телескопа – това е изкривяване на самата реалност в областта на сниманото пространство.

Гравитацията е неразривно свързана с масата, така че колкото по-голяма маса има даден обект, толкова по-силно е неговото гравитационно влияние. Тази сила е това, което ни прилепва към Земята и което кара планетата да обикаля около Слънцето. Но начинът, по който работи, е по-странен, отколкото много хора биха могли да осъзнаят – гравитацията деформира самата тъкан на пространство-времето.

„Да кажем, че има колекция от масивни галактики близо една до друга; т.е. галактически куп“, каза д-р Темия Нанаякара, главен учен от австралийския център за данни на Джеймс Уеб, пред New Atlas. „Това, което ще се случи, е, че общата маса тук е много голяма, ще създаде извивка в пространството около това – подобен ефект може да се наблюдава върху матрак на легло, когато поставите тежка топка върху него. Така че, когато светлината от фонова галактика преминава през тази област, пътят, който трябва да измине, се извива. Това води до удължени изображения на фонови галактики.

Това явление е известно като гравитационна леща и неговите ефекти са ясно видими в новите изображения от Webb.

Първото изображение от Джеймс Уеб, показващо галактическия куп SMACS 0723 и феномена на гравитационните лещи

НАСА, ЕКА, CSA, STScI

„Цялата материя създава тези изкривявания в пространството, включително теб и мен, но ефектите от гравитационните лещи се забелязват само когато присъства наистина астрономическо количество материя, което действа като леща, като например комбинирания куп от галактики, наблюдаван в нови изображения на JWST“, ни каза Робин Кук, астроном от ICRAR. „В тези изображения виждаме светлината от много далечни галактики, чиято светлина се навежда около клъстера на преден план, създавайки впечатляващи и умопомрачителни дъги. Тъй като галактическите купове не са перфектни сфери, това явление често може да създаде странни характеристики като огледални изображения на същата галактика.

Както подсказва името, гравитационните лещи могат да увеличат много отдалечени обекти, включително такива, които са твърде далеч, за да се видят по друг начин. Това дава на астрономите невероятен поглед в най-отдалечените краища на пространството и времето.

„Ключовата характеристика тук е, че гравитационните лещи не само изкривяват светлината, но също така я увеличават, като телескоп“, каза професор Рей Норис от CSIRO Space & Astronomy. „Така че, ако гледате далечната вселена с JWST през гравитационна леща, все едно монтирате допълнителна леща към JWST, която ви позволява да видите дори по-далечни галактики, отколкото бихте виждали без гравитационната леща.“

Диаграма на художник за това как гравитационните лещи огъват светлината (бели линии) от отдалечени обекти
Диаграма на художник за това как гравитационните лещи огъват светлината (бели линии) от отдалечени обекти

Л. Хустак (STScI)

А космическият телескоп Джеймс Уеб е особено подходящ да се възползва от това явление.

„Факторите, които правят JWST особено умел да използва този феномен, са същите, които го правят добър в толкова много неща: голямо огледало, работещо на инфрачервени дължини на вълните“, обясни професор Матю Колес, директор на Изследователското училище по астрономия и астрофизика в Австралия Национален университет. „Голямото огледало помага по два начина, тъй като не само събира повече светлина (така че могат да се видят по-слаби неща), но също така създава по-резки изображения (така че могат да се видят по-малки неща). Работата с инфрачервени дължини на вълните също е полезна, тъй като ефектът на червеното отместване означава, че светлината на много отдалечени обекти във Вселената се измества по протежение на спектъра от видимото към инфрачервеното. Тъй като целите, които астрономите гледат с помощта на гравитационни лещи, са слаби, малки и много далечни, JWST печели значително пред по-малките телескопи, работещи на видими дължини на вълните, като Хъбъл.

Има много неща, които можем да научим от безпрецедентната мощност на Джеймс Уеб, комбинирана с гравитационни лещи, която може да позволи на астрономите да изучават Вселената, каквато е била в много ранните години след Големия взрив.

„JWST вече изобразява някои от първите поколения галактики, които са се образували във Вселената“, каза професор Катрин Трот, бъдещ сътрудник на ARC, пред New Atlas. „Той също има способността да взема техните спектри, при което светлината от галактиката се разделя на съставните дължини на вълните, което позволява на астрономите да идентифицират отделни елементи. Вече спектрите от галактиките с лещи в полето SMACS 0723 ни показват, че галактиките, които са се образували през първите няколкостотин милиона години на Вселената, имат кислород, елемент, който се произвежда само в звездите. Тези наблюдения, комбинирани с наблюдението на първичния водороден газ с помощта на нискочестотни радиотелескопи, като Murchison Widefield Array, ни казват кога са се образували първите поколения звезди във Вселената и как галактиките са еволюирали от малките и тромави, наблюдавани с JWST, на тези около нас днес.“

„Можем също така да получим прецизно ново измерване на скоростта на разширяване и възрастта на Вселената чрез измерване на разликите във времето за пътуване на светлината около гравитационните лещи за преходни събития като експлодиращи звезди или трептящи квазари“, добави Колес. „Така че очакваме комбинацията от JWST и гравитационни лещи да бъде изключително мощен начин за изследване на далечната вселена.“

Зашеметяващите първи изображения са само вкус на това, което предстои и нямаме търпение да видим какви открития ще направи космическият телескоп James Webb през следващите години.



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели