Kas yra gravitacinis lęšis?
Trumpas atsakymas: Gravitacinis lęšio efektas – tai reiškinys, kai didelė masė, pavyzdžiui, galaktika ar spiečius, išlenkia už jos esančių objektų šviesos kelią. Masė veikia kaip milžiniškas lęšis ir gali padaryti foninį objektą ryškesnį, ištemptą arba pasirodyti daugiau nei vienoje vietoje.
Paprasčiau tariant
Šviesa sklinda tiesiomis linijomis per tuščią erdvę. Tačiau masė, pavyzdžiui, žvaigždės, planetos ar galaktikos, išlenkia erdvę aplink save. Kai šviesa praeina šalia tos išlenktos erdvės, jos kelias išlinksta.
Šis išlinkimas vadinamas gravitaciniu lęšio efektu. Dėl jo vienas objektas gali atrodyti kaip žiedai, lankai ar keli vaizdai. Stiprus lęšio efektas sukelia akivaizdžius iškraipymus.
Silpnas lęšio efektas sukelia nedidelį ištempimą, kurį astronomai matuoja kompiuteriais. Mikrolęšio efektas įvyksta, kai mažas objektas trumpam pašviesina foninę žvaigždę. Tai padeda astronomams tirti objektus, kurie yra per silpni ar per toli, kad būtų galima matyti tiesiogiai.
Lęšio efektas taip pat parodo, kur aplink galaktikas yra nematoma masė, vadinama tamsiąja materija.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Efekto/dėsnio pavadinimas: Gravitacinis lęšis yra Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos prognozė.
Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad masė ir energija kreivuoja erdvę ir laiką. Šviesa seka išlenktais takais toje iškreiptoje erdvėje, todėl jos kryptis keičiasi šalia masyvių objektų. Lenkimo kiekis ir forma priklauso nuo masės ir jos pasiskirstymo.
Astronomai lęšius klasifikuoja kaip stiprius (išryškina kelis vaizdus arba žiedus), silpnus (maži, statistiniai iškraipymai) ir mikrolęšius (laikinas ryškėjimas mažesnių objektų). Mokslininkai modeliuoja lenkimą naudodami bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis ir lygina modelius su vaizdais, kad nustatytų masę, įskaitant tamsiąją materiją, kuri nešviečia. Gravitacinis lęšis taip pat padidina labai tolimas galaktikas, kad galėtume jas ištirti greičiau nei kitaip.
Šie modeliai leidžia astronomams įvertinti visatos masę, atstumą ir geometriją.
Kaip mes tai žinome: Astronomai tiesiogiai stebėjo išlenktą šviesą ir atitinkamus vaizdų modelius teleskopuose, kurie atitinka bendrosios reliatyvumo teorijos prognozes. Pakartotiniai stebėjimai, matavimai ir kompiuteriniai modeliai atitinka lenkimo kiekį, kurio tikimasi iš matomų masių, ir jie taip pat atskleidžia papildomą nematomą masę.
Kur tai pastebėsi
- Einšteino žiedas, kur foninė galaktika sudaro apskritimą aplink priekinio plano galaktiką.
- Keli to paties kvazaro vaizdai, matomi aplink masyvią galaktiką.
- Ilgi, išlenkti galaktikų lankai masyvių galaktikų spiečių vaizduose.
- Mikrolęšio efektai, kurie trumpam pašviesina tolimas žvaigždes, kai priešais praskrieja planeta ar maža žvaigždė.
- Lęšio efekto naudojimas labai tolimų galaktikų didinimui, kad galėtume jas tyrinėti.
Eksperimentas
Šviesos lenkimas rutuliuku
Sauga: Būkite atsargūs su stiklu ir ryškia šviesa; nešvieskite žibintuvėliu į akis.
Priemonės
- skaidrus stiklo rutuliukas
- žibintuvėlis
- baltas popierius
- tamsus kambarys
Žingsniai
- Užtemdykite kambarį ir padėkite baltą popierių ant stalo.
- Padėkite rutuliuką ant popieriaus arčiau centro.
- Pašvieskite žibintuvėliu į rutuliuką taip, kad šviesa eitų arti jo, o ne pro viršų.
- Lėtai judinkite žibintuvėlį ir stebėkite, kaip ryški dėmė ant popieriaus pasislenka ir išsitempia.
- Pabandykite perkelti rutuliuką ir šviesą toliau vienas nuo kito, o tada arčiau vienas kito. Ką tai rodo: Rutulys lenkia ir nukreipia šviesą, sukurdamas raštus, kurie padeda įsivaizduoti, kaip masė lenkia šviesą gravitacinio lęšio metu.
Naudingi terminai
- Gravitacija: Traukos jėga, traukianti masę turinčius objektus vieną prie kito.
- Šviesa: Elektromagnetinė spinduliuotė, sklindanti bangomis ir leidžianti mums matyti daiktus.
- Bendroji reliatyvumo teorija: Einšteino teorija, teigianti, kad masė iškreipia erdvę ir laiką, keisdama objektų ir šviesos judėjimą.
- Einšteino žiedas: Apskritas fono objekto vaizdas, susidarantis, kai lęšis ir šaltinis tiksliai sutampa.
- Mikrolęšis: Nedidelis lęšio efektas, kai žvaigždė ar planeta trumpam padidina fono žvaigždę.
Vaikai klausia
Ar galime matyti gravitacinį lęšio efektą savo akimis?
Dauguma lęšio efektų yra per maži, kad juos matytume be teleskopo, nors teleskopo vaizduose matomi ryškūs žiedai ir lankai.
Ar lęšio efektas keičia šviesos spalvą?
Lęšio efektas lenkia šviesą, bet nekeičia jos spalvos; bet koks spalvos pokytis atsiranda dėl šaltinio arba tarpinės medžiagos.
Ar gravitacinis lęšio efektas yra tas pats, kas optinis lęšis?
Jis veikia panašiai lenkdamas šviesą, bet gravitacija lenkia pačią erdvę, o ne naudoja stiklą.
Ar gravitacinis lęšio efektas gali įrodyti, kad egzistuoja tamsioji materija?
Lęšio efektas atskleidžia daugiau masės nei rodo matoma materija, o tai yra vienas iš tvirtų tamsiosios materijos įrodymų.