Astronomia

Immagini di lenti gravitazionali

Immagini di lenti gravitazionali

Mi aspetto che la lente gravitazionale trasformi un oggetto in un'immagine ad anello. Ma ho visto in alcune situazioni che invece si formano più immagini. Ad esempio, la croce di Einstein nell'immagine qui sotto, composta da quattro immagini:

Perché è così?


Come menzionato nei commenti, un anello si verificherà (idealmente) solo se hai un perfetto allineamento di sorgente, obiettivo e osservatore. Questo è vero per le sorgenti puntuali, per le sorgenti estese le cose si complicano.

Le immagini doppie e quadruple si verificano quando la sorgente è piccola e non in perfetto allineamento, tipicamente un quasar, come nel tuo esempio. Per completezza, questa sarebbe effettivamente tripla o quintuplica, ma la terza/quinta immagine è molto vicina al centro, sopraffatta dall'obiettivo e molto demagnificata (sbiadita).

Ci sono esempi di anelli e quasi anelli, ma questi tendono ad essere sorgenti estese, cioè galassie. È più probabile che una parte di una sorgente estesa sia allineata con l'obiettivo e l'osservatore rispetto a una sorgente puntiforme.


(Immagine del ferro di cavallo cosmico)

Nel tuo esempio, se fosse possibile vedere la galassia ospite di quel quasar, potrebbe essere un anello di Einstein (o un ovale, poiché la lente sembra essere in qualche modo asimmetrica).


Immagine astronomica del giorno

Scopri il cosmo! Ogni giorno viene presentata un'immagine o una fotografia diversa del nostro affascinante universo, insieme a una breve spiegazione scritta da un astronomo professionista.

1 giugno 1999
Una galleria di miraggi gravitazionali
Credito: Kavan Ratnatunga (Carnegie Mellon U.) et al., HST, NASA

Spiegazione: Più in profondità scruti nell'universo, più difficile è vedere dritto. Il motivo è che le galassie lontane agiscono come lenti gravitazionali, deviando la luce che passa nelle vicinanze. Queste deviazioni provocano la distorsione delle sorgenti di sfondo e, in alcuni casi, la creazione di più immagini. Nella foto sopra, sono stati trovati artefatti candidati di lenti gravitazionali nelle immagini del Medium Deep Survey realizzate con il telescopio spaziale Hubble. Le immagini sorgente di sfondo che vengono riprese dalle galassie in primo piano includono quasar, che appaiono come molteplici macchie blu, e galassie, distorte in archi curvi. Candidati insoliti e interessanti per la lente gravitazionale includono un disco galattico di bordo che potrebbe fungere da lente (in alto a sinistra) e un'immagine soprannominata London Underground (all'estrema sinistra) che potrebbe benissimo essere la distorsione di una galassia di sfondo in un anello ottico di Einstein .


Una simulazione di lente gravitazionale

Il video qui sotto è una dimostrazione di come funziona la lente gravitazionale. Il video illustra come la nostra visione della galassia Whirpool cambierebbe a seconda di dove è stata collocata dietro l'ammasso di galassie.

La simulazione sopra mostra la galassia Whirlpool, nota anche come M51, mentre si sposta dietro l'ammasso di galassie Abel 2744. Mentre si muove, la gravità dell'ammasso di galassie distorce la luce dalla galassia Whirpool, deformandola e ingrandendola e persino moltiplicando la sua immagine . [2]


Lente gravitazionale

Gli effetti della lente atmosferica deformano la nostra visione di oggetti distanti allo stesso modo, senza alcun dubbio, la lente gravitazionale perturba la nostra visione dell'Universo lontano e influenza la nostra comprensione fisica di varie classi di oggetti extragalattici. Riassumiamo qui parte delle prove teoriche e osservative a sostegno di queste affermazioni.

Dopo aver brevemente passato in rassegna la storia delle lenti gravitazionali, ricordiamo i principi di base alla base della formazione delle immagini gravitazionali di sorgenti cosmiche distanti. Descriviamo un semplice esperimento di lenti ottiche, che è stato effettivamente mostrato durante il discorso orale, e che spiega tutti i tipi di sistemi di lenti gravitazionali attualmente conosciuti.

Vengono esaminate le varie ricerche ottiche e radio per nuovi sistemi di lenti gravitazionali che vengono effettuate presso i principali osservatori. Vengono quindi presentate le osservazioni dello stato dell'arte di selezionati sistemi di lenti gravitazionali, ottenute con telescopi terrestri altamente performanti. Questi includono diversi esempi di immagini QSO a più immagini, anelli radio e archi luminosi giganti.

Attraverso la modellazione di questi oggetti enigmatici, mostriamo come sia possibile pesare la massa di galassie lente distanti così come sondare la distribuzione della materia luminosa e oscura nell'Universo. Tra gli interessi astrofisici e cosmologici dell'osservazione e dello studio delle lenti gravitazionali, discutiamo anche la possibilità di derivare il valore del parametro di Hubble H o dalla misura di un ritardo temporale, e come determinare la dimensione e la struttura di quasar distanti tramite l'osservazione studio degli effetti delle microlenti.

Alla fine di questo lavoro, concludiamo su come possibilmente raggiungere importanti obiettivi astrofisici e cosmologici nel prossimo futuro dedicando, in un sito con buone condizioni di seeing atmosferico, un telescopio di medie dimensioni (2-3 m) alla funzione fotometrica monitoraggio delle immagini multiple di sistemi di lenti gravitazionali noti e sospetti.


Immagini di lenti gravitazionali - Astronomia

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Lente gravitazionale nell'ammasso galattico Abell 370

Dettaglio lente gravitazionale in Abell 370

Dettagli dell'immagine Hubble Abell 370

Lente gravitazionale COSMOS 0038+4133

Lente gravitazionale COSMOS 0211+1139

Lente gravitazionale COSMOS 5921+0638

Lente gravitazionale COSMOS 0018+3845

Lente gravitazionale COSMOS 0013+2249

Lente gravitazionale COSMOS 0047+5023

Ammasso galattico Abell 1689

Sistema di lenti gravitazionali SDSSJ0946+1006 (doppio anello Einstein)

Sistema di lenti gravitazionali SDSSJ0946+1006 (zoom sul doppio anello di Einstein)


Immagini di lenti gravitazionali - Astronomia

Gli effetti della lente atmosferica deformano la nostra visione di oggetti distanti allo stesso modo, senza alcun dubbio, la lente gravitazionale perturba la nostra visione dell'Universo lontano e influenza la nostra comprensione fisica di varie classi di oggetti extragalattici. Riassumiamo qui parte delle prove teoriche e osservative a sostegno di queste affermazioni.

Dopo aver brevemente passato in rassegna la storia delle lenti gravitazionali, ricordiamo i principi di base alla base della formazione delle immagini gravitazionali di sorgenti cosmiche distanti. Descriviamo un semplice esperimento di lenti ottiche, che è stato effettivamente mostrato durante il discorso orale, e che spiega tutti i tipi di sistemi di lenti gravitazionali attualmente conosciuti.

Vengono esaminate le varie ricerche ottiche e radio per nuovi sistemi di lenti gravitazionali che vengono effettuate presso i principali osservatori. Vengono quindi presentate le osservazioni dello stato dell'arte di selezionati sistemi di lenti gravitazionali, ottenute con telescopi terrestri altamente performanti. Questi includono diversi esempi di immagini QSO a più immagini, anelli radio e archi luminosi giganti.

Attraverso la modellazione di questi oggetti enigmatici, mostriamo come sia possibile pesare la massa di galassie lente distanti così come sondare la distribuzione della materia luminosa e oscura nell'Universo. Tra gli interessi astrofisici e cosmologici dell'osservazione e dello studio delle lenti gravitazionali, discutiamo anche la possibilità di derivare il valore del parametro di Hubble Ho dalla misura di un ritardo temporale, e come determinare la dimensione e la struttura di quasar distanti tramite lo studio osservazionale di effetti di microlente.

Alla fine di questo lavoro, concludiamo su come possibilmente raggiungere importanti obiettivi astrofisici e cosmologici nel prossimo futuro dedicando, in un sito con buone condizioni di seeing atmosferico, un telescopio di medie dimensioni (2-3 m) alla funzione fotometrica monitoraggio delle immagini multiple di sistemi di lenti gravitazionali noti e sospetti.


Cannocchiali nell'Universo: lenti gravitazionali

La luce non viaggia sempre in linea retta. Einstein predisse nella sua Teoria della Relatività Generale che gli oggetti massicci deformeranno il tessuto dello spazio stesso. Quando la luce attraversa uno di questi oggetti, come un ammasso di galassie, il suo percorso cambia leggermente.

Questo effetto, chiamato lente gravitazionale, è visibile solo in rari casi e solo i migliori telescopi possono osservare i fenomeni correlati.

La sensibilità e l'alta risoluzione di Hubble gli consentono di vedere lenti gravitazionali deboli e distanti che non possono essere rilevate con telescopi terrestri le cui immagini sono sfocate dall'atmosfera terrestre. La lente gravitazionale si traduce in più immagini della galassia originale, ciascuna con una caratteristica forma distorta simile a una banana o addirittura ad anelli.

L'ammasso galattico Abell 383 è una lente gravitazionale.

Hubble è stato il primo telescopio a risolvere i dettagli all'interno di questi molteplici archi a forma di banana. La sua visione nitida può rivelare direttamente la forma e la struttura interna delle galassie sullo sfondo della lente e in questo modo è possibile abbinare facilmente i diversi archi provenienti dallo stesso oggetto sullo sfondo, sia esso una galassia o anche una supernova, a occhio.

Poiché la quantità di lente dipende dalla massa totale dell'ammasso, la lente gravitazionale può essere utilizzata per "pesare" gli ammassi. Ciò ha notevolmente migliorato la nostra comprensione della distribuzione della materia oscura "nascosta" negli ammassi di galassie e quindi nell'Universo nel suo insieme. L'effetto della lente gravitazionale ha anche permesso un primo passo verso la rivelazione del mistero dell'energia oscura.

Poiché le lenti gravitazionali funzionano come occhiali di ingrandimento, è possibile usarle per studiare galassie lontane dall'Universo primordiale, che altrimenti sarebbero impossibili da vedere.

L'articolo sulla composizione dell'Universo ha maggiori dettagli sul lavoro di Hubble sulla materia oscura.

"Quando abbiamo osservato per la prima volta l'ammasso di galassie Abell 2218 con Hubble nel 1995, miravamo principalmente a studiare l'ammasso e le sue galassie. Ma abbiamo avuto una sorpresa. Le immagini mostravano dozzine e dozzine di archi con lenti gravitazionali. Quando abbiamo mostrato queste immagini ultra nitide ai nostri colleghi hanno potuto immediatamente vedere l'importanza dell'uso della lente gravitazionale come strumento cosmologico".

Richard Ellis
Astronomo, Università di Cambridge e California Institute of Technology


Lenti gravitazionali : Lenti gravitazionali (biblioteca di astronomia e astrofisica)

Si scopre che la luce osservata da oggetti distanti viene deviata dal campo gravitazionale di oggetti massicci vicino alla linea di vista - un effetto previsto da Einstein nel suo primo articolo che espone la teoria della relatività generale, e confermato subito dopo da Eddington. Se la sorgente della luce è sufficientemente distante e brillante, e se l'oggetto interposto è sufficientemente massiccio e sufficientemente vicino alla linea di vista, il campo gravitazionale agisce come una lente, focalizzando la luce e producendo una o più immagini luminose della sorgente . Questo libro, di rinomati ricercatori del settore, inizia discutendo la fisica di base dietro le lenti gravitazionali: l'ottica dello spazio-tempo curvo. Quindi deriva le equazioni appropriate per prevedere le proprietà di queste lenti. Inoltre, presenta prove osservative aggiornate per le lenti gravitazionali e descrive le proprietà particolari dei casi osservati. Gli autori discutono anche le applicazioni dei risultati a problemi in cosmologia.


Distorsioni

Quando un raggio di luce viaggia da una galassia lontana alla Terra, viene leggermente spostato. La gravità degli oggetti che intervengono, come galassie, ammassi di galassie o nubi di materia oscura, "deforma" lo spazio circostante. Questa curvatura devia il percorso di qualsiasi raggio di luce che passa. Attraverso miliardi di anni luce di spazio, un raggio di luce può avere molti di questi incontri gravitazionali, quindi il suo percorso attraverso l'universo è distorto.

Questo effetto è chiamato lente gravitazionale e potrebbe fornire importanti indizi sulla natura dell'energia oscura.

Esistono due tipi di lenti gravitazionali.

Le lenti forti distorcono chiaramente la vista delle galassie lontane, a volte producendo diverse immagini di una singola galassia. Il lensing forte si verifica quando una galassia lontana si allinea direttamente dietro una galassia massiccia o un ammasso di galassie, che esercita una forte attrazione gravitazionale.

Un'immagine del telescopio spaziale Hubble mostra un forte effetto di lente gravitazionale. La gravità di un ammasso di galassie distorce la vista delle galassie più lontane in diversi archi luminosi. La lente debole, che verrà utilizzata per studiare l'energia oscura, produce effetti molto più sottili. [NASA/STScI]

La lente debole si verifica quando la luce di una galassia lontana passa a una buona distanza da una galassia massiccia, un ammasso di galassie o una concentrazione di materia oscura, o più vicino a oggetti meno massicci. Produce una leggera distorsione a forma di galassia lontana. L'effetto è così sottile che non puoi notare la differenza semplicemente guardando la galassia. Invece, gli astronomi devono analizzare le forme di milioni di galassie per cercare modelli. Questi modelli permetteranno loro di produrre mappe tridimensionali della distribuzione della materia nell'universo.

Queste mappe mostreranno chiaramente la distribuzione della materia oscura. Ma aiuteranno anche gli scienziati a comprendere la natura dell'energia oscura.

Come con altri metodi di ricerca, le lenti deboli consentiranno agli astronomi di sondare gran parte della storia dell'universo, da poco dopo il Big Bang ad oggi. Ciò mostrerà come la distribuzione della materia è cambiata nel tempo, una funzione che è controllata in parte dall'energia oscura.

L'energia oscura fa sì che lo spazio stesso si espanda, quindi l'universo diventa più grande. Così facendo, la materia diventa distribuita in modo più sottile e la luce che fornisce la lente debole deve percorrere una distanza maggiore attraverso l'universo. Poiché gli astronomi sanno quanta materia contiene l'universo, misurando sia quanto ampiamente è diffuso sia la distanza percorsa in tempi diversi mostrerà come l'universo si è espanso. Diversi modelli per l'energia oscura prevedono diverse storie di espansione, quindi determinare come l'universo si è espanso aiuterà a selezionare la spiegazione corretta.

Allo stesso tempo, la materia oscura avrebbe richiesto che le galassie si raggruppassero per formare strutture su larga scala come ammassi e superammassi all'inizio dell'universo, quando la materia era più densamente compatta e la gravità sopraffaceva la forza repulsiva dell'energia oscura. Man mano che l'universo cresceva, l'energia oscura divenne più dominante, impedendo alle galassie di formare grandi ammassi. Il metodo della lente debole mostrerà quando le galassie hanno smesso di aggregarsi, indicando come e quando l'energia oscura ha esercitato il suo dominio sulla gravità.

La lente gravitazionale debole provoca molti sottili cambiamenti nel percorso di un raggio di luce mentre attraversa l'universo. Questo diagramma mostra il percorso della luce proveniente da diverse galassie (gli ovali blu nella parte posteriore della scatola) mentre viaggia verso di noi (gli ovali blu nella parte anteriore, che mostrano la posizione delle galassie in una vista telescopica).

Copyright ©2008-2015 McDonald Observatory. HETDEX è una collaborazione di The University of Texas at Austin, Pennsylvania State University, Texas A&M University, Universitats-Sternwärte Munich, Leibniz Institute for Astrophysics (AIP), Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Institut für Astrophysik Göttingen e University Oxford. Il sostegno finanziario è fornito dallo Stato del Texas, dalla United States Air Force, dalla National Science Foundation e dai generosi contributi di molte fondazioni private e individui.


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La lente gravitazionale G2237 + 0305

Fatti veloci

G2237 + 0305, Croce di Einstein

La Faint Object Camera dell'Agenzia spaziale europea a bordo del telescopio spaziale Hubble della NASA ha fornito agli astronomi l'immagine più dettagliata mai scattata della lente gravitazionale G2237 + 0305, a volte indicata come "Croce di Einstein". La fotografia mostra quattro immagini di un quasar molto distante che è stato ripreso da una galassia relativamente vicina che agisce come una lente gravitazionale. La separazione angolare tra l'immagine superiore e quella inferiore è di 1,6 secondi d'arco.

Il quasar visto qui si trova a una distanza di circa 8 miliardi di anni luce, mentre la galassia a una distanza di 400 milioni di anni luce è 20 volte più vicina. La luce del quasar è piegata nel suo percorso dal campo gravitazionale della galassia. Questa flessione ha prodotto le quattro luminose immagini esterne viste nella fotografia. La regione centrale luminosa della galassia è vista come l'oggetto centrale diffuso.

La lente gravitazionale si verifica quando la luce proveniente da una sorgente lontana passa attraverso o vicino a un oggetto massiccio in primo piano. A seconda dell'allineamento dettagliato degli oggetti in primo piano e sullo sfondo con la linea di vista della Terra, possono essere visualizzate diverse immagini dell'oggetto sullo sfondo. In effetti, gli astronomi si aspettano che una debole quinta immagine del quasar dovrebbe essere presente vicino al centro della galassia in G2237 + 0305. Sarà necessaria un'attenta elaborazione dell'immagine per determinare se la quinta immagine è effettivamente vista in questa esposizione FOC.

Le lenti gravitazionali, come G2237 + 0305, sono utili sonde di molti tipi di fenomeni che si verificano nel cosmo. Ad esempio, è possibile "pesare" la galassia in primo piano misurando le posizioni relative e le luminosità delle diverse immagini del quasar. Ciò dovrebbe essere possibile in modo più accurato data la risoluzione delle immagini ottenute con la Faint Object Camera. Inoltre, le lenti gravitazionali in generale offrono la possibilità di determinare la sfuggente "Costante di Hubble" - una misura fondamentale delle dimensioni e dell'età dell'universo - misurando i ritardi nei cambiamenti della luminosità delle immagini lenti.

L'analisi dettagliata di questa affascinante immagine della Faint Object Camera e di altre che verranno osservate in seguito con il telescopio spaziale Hubble fornirà una grande quantità di informazioni sui dettagli delle galassie lente, nonché sul processo di lente gravitazionale stesso.


Guarda il video: Ուռուցիկ ոսպնյակներ (Gennaio 2022).