Gravitační čočka, hluboký vesmír a teorie relativity

Gravitační čočka: zkreslení, zvětšení a nebo znásobení obrazu vzdáleného tělesa v silném gravitačním poli

Jako gravitační čočka je označován efekt, ke kterému dochází v gravitačním poli velice hmotného tělesa. Obvykle galaxie a nebo kupy galaxií. Gravitační čočka má na svědomí zkreslení, zvětšení a nebo znásobení obrazu vzdálenějšího objektu, např. kvasaru či velice vzdálené galaxie, relativistickým zakřivením a fokusací jeho světelných paprsků při přechodu silným gravitačním polem.

Efekt gravitační čočky je analogický optickému efektu lomu světla čočkou. Jen v případě gravitační čočky působí jako čočka zakřivení prostoročasu v silném gravitačním poli, tedy v silovém poli v okolí velice hmotného tělesa. Efekt gravitační čočky vyžaduje, aby Země, hmotný objekt a vzdálený objekt ležely téměř v jedné přímce.

Čtěte také: Gravitační vlny. Detekce gravitačních vln 100 let po Einsteinově…

První objevenou a potvrzenou gravitační čočkou byla galaxie mezi Zemí a kvasarem QSO 0957+561 A, B. Jedná se o mezilehlou obří eliptickou galaxii v souhvězdí Velké medvědice s hmotností asi 2 × 10¹¹ M_S a rudým posuvem z = 0,4, která se nachází pouze 0,8´´ od obrazu B. O objev tohoto dvojitého obrazu kvasaru v roce 1979 se postarala skupina astronomů pracující na observatoři Kitt Peak v Arizoně.

Úhlová vzdálenost mezi obrazy kvasaru QSO 0957+561 A, B, s téměř identickým spektrem a málo rozdílným jasem, činí 5,7´´. Kvasar má rudý posuv z = 1,41, je od nás vzdálen asi 8,7 miliardy světelných let. Další z objevených gravitačních čoček má na svědomí trojitý obraz kvasaru PG 1115+080 A, B, C. Gravitační čočka má na svědomí také dvojitý obraz kvasaru QSO 2345+007, který byl objeven v roce 1981.

Objevů gravitačních čoček postupně přibývalo. Velkou pomocí se stal HST, Hubbleův kosmický teleskop, který pomohl objevit řadu gravitačních čoček. Včetně takových jevů, jako jsou prstence (Einsteinovy prstence) a nebo oblouky, které mohou vznikat namísto zdvojených či vícenásobných obrazů. Parádním příkladem takovéhoto efektu je kupa galaxií Abell 370 v souhvězdí Velryby, která je od Země vzdálena asi šest miliard světelných let. Její hmotnost je odhadována na 2,82 ± 0,15 × 10¹⁴ M_S.

Efekt gravitační čočky předpověděla obecná teorie relativity (OTR)

Ohyb světelných paprsků v silném gravitačním poli předpověděla již obecná teorie relativity. Z ní plyne vztah udávající odchylku od přímkového pohybu částice (fotonu) v silném gravitačním poli. Úhel odklonu dráhy světla v gravitačním poli činí

Tak např. v případě Slunce (b ÷ 7 × 10⁵ km) dělá odchylka zhruba 8,5 × 10^-6 rad = 1,75´´. A tato odchylka byla skutečně naměřena. Poprvé již v roce 1919 při úplném zatmění Slunce. Toto měření Eddingtonovy expedice se bere jako vůbec první úspěšné experimentální potvrzení obecné teorie relativity.

Další související články: