В ноябре 1915 года Альберт Эйнштейн опубликовал свою знаменитую теорию общей относительности, которая совершила революцию в физике и изменила наш взгляд на Вселенную.
Ключевым компонентом общей теории относительности является то, что массивный объект, такие как планеты, звезды, галактики или скопления галактик могут иметь драматические последствия для «ткани» Вселенной, известной как «пространство-время». В обычных условиях свет проходит через пространство по прямой линии, однако массивный объект искривляет пространство-время таким образом, что свет проходит по изогнутой траектории. Таким образом, мы можем в состоянии увидеть искаженный свет далеких галактик, который проходит через массивные галактики по пути на Землю.
И конечно существует множество примеров, вызванных этим механизмов, известным как «гравитационная линза». Эти артефакты могут быть использованы для увеличения возможностей самых мощных телескопов.
На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббла и рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, кажется, что на нас смотрит «Чеширский кот». На самом деле, это скопление галактик находится на расстоянии 4 миллиардов световых лет от Земли в созвездии Большой Медведицы. Часть света этих галактик было деформировано и искривлено на своем пути через Вселенную, пока не достигло наших телескопов.
Эта диаграмма дает хорошее представление того, как работает гравитационная линза. Свет, исходящий от далекой галактики, проходит через пространство и огибает скопление галактик на переднем плане. Интересно, что масса скопления галактик на переднем плане имеет аналогичный эффект для этого дальнего света, как стеклянная линза, поставленная перед пламенем свечи. Гравитационная линза позволяет усиливать свет далеких галактик, создавая естественную линзу в пространстве, которые в противном случае бы остались слишком тусклыми, чтобы быть увиденными.
Конечно, выравнивание Земли, гравитационной линзы и далекой галактики не всегда идеально. Кроме того, объект на переднем планет, как правило, имеет неправильную форму. Эти факторы заставляют выглядеть далекие галактики как дуги. Одна и та же галактика с различными гравитационными линзами может быть спроектирована по-разному.
На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббл, представлено скопление галактик Abell 370, в котором можно увидеть несколько видимых дуг галактического света. Часто, для определения четких размеров, эти дуги могут быть реконструированы, чтобы показать, как галактика выглядит без искажений.
Это еще одно массивное скопление галактик Abell 2218, которое заполнено некоторыми потрясающими примерами гравитационно-линзовых галактик. Эти дуги – свет от галактик, расположенных от 5 до 10 раз дальше от Земли, чем скопление галактик. Abell 2218 усиливает слабый свет от галактик, которые существовали более 13 миллиардов лет назад, менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва. Эти дуги действительно являются артефактами начала времен.
Если выравнивание будет идеальным и объект-линза будет менее сложным, чем скопление галактик, то можно увидеть почти идеальные круги света или «подковы», где свет далекой галактики деформируется на 360 градусов вокруг объекта линзирования. Например, прохождение изолированной массивной черной дыры перед далекой галактикой может создать такую драматическую сцену.
Как видно на этом поразительном изображении, полученным Атакамской Большой Миллиметровой/субмиллиметровой Решеткой (сокр.: ALMA. англ.: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, свет далекой галактики сформировал полный круг, метко названный «кольцом Эйнштейна». Свет возник из древней звездообразовательной галактики под названием SDP.81 и является лучшим примером кольца Эйнштейна на сегодняшний день.
Иногда несколько изображений одного и того же объекта можно увидеть вокруг гравитационных линз. На этом изумительном изображении можно наблюдать древнюю сверхновую, которая была многократно увеличена массивной галактикой, содержащейся в скоплении MACS J1149.6 + 2223, расположенном в 5 миллиардах световых лет. Сама сверхновая расположена на расстоянии еще 4000000000 световых лет и четырехкратно преломилась вокруг объекта-линзы. Такое строение известно как «Крест Эйнштейна».