Ночное небо издавна притягивает и впечатляет человека множеством звезд. В любительский телескоп можно увидеть гораздо большее разнообразие объектов дальнего космоса – обилие скоплений, шаровых и рассеянных, туманности и ближайшие галактики. Но существуют чрезвычайно зрелищные и интересные феномены, обнаружить которые позволяют только мощные астрономические приборы. К числу таких сокровищ вселенной относятся события гравитационного линзирования, и среди них – так называемые кресты Эйнштейна. Что это такое, мы выясним в данной статье.
Космические линзы
Гравитационную линзу создает мощное поле тяготения объекта, обладающего значительной массой (например, крупной галактики), случайно оказавшегося между наблюдателем и каким-либо удаленным источником света – квазаром, другой галактикой или яркой сверхновой.
Эйнштейновская теория гравитации рассматривает поля тяготения как деформации пространственно-временного континуума. Соответственно и линии, по которым распространяются световые лучи за наикратчайшие промежутки времени (геодезические линии), также искривляются. В результате наблюдатель видит изображение источника света искаженным определенным образом.
Что это такое – «крест Эйнштейна»?
Характер искажения зависит от того, какова конфигурация гравитационной линзы и от положения ее относительно луча зрения, соединяющего источник и наблюдателя. Если линза находится строго симметрично на фокальной линии, деформированное изображение получается кольцеобразным, если центр симметрии смещен относительно линии, то такое кольцо Эйнштейна бывает разбито на дуги.
При достаточно сильном смещении, когда расстояния, преодоленные светом, существенно различаются, линзирование формирует множественные точечные изображения. Крестом Эйнштейна, в честь автора общей теории относительности, в рамках которой и были предсказаны явления этого рода, именуют учетверенную картину линзируемого источника.
Квазар в четырех лицах
Один из самых «фотогеничных» четверных объектов – квазар QSO 2237+0305, принадлежащий к созвездию Пегаса. Он находится очень далеко: свет, испущенный этим квазаром, путешествовал более 8 миллиардов лет, прежде чем попал в объективы камер наземных и космических телескопов. Следует иметь в виду применительно именно к данному Кресту Эйнштейна, что это – имя собственное, хотя и неофициальное, и пишется с заглавной буквы.
Вверху на фото – Крест Эйнштейна. Центральное пятно – это ядро линзирующей галактики. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл».
Галактика ZW 2237+030, выступающая в качестве линзы, расположена в 20 раз ближе, чем сам квазар. Интересно, что из-за дополнительного линзирующего эффекта, производимого отдельными звездами, а возможно, звездными скоплениями или массивными газопылевыми облаками в ее составе, яркость каждого из четырех компонентов претерпевает постепенные изменения, причем неравномерные.
Разнообразие форм
Пожалуй, не менее красив крестообразно линзированный квазар HE 0435-1223, удаленный почти на такое же расстояние, как и QSO 2237+0305. Гравитационная линза благодаря совершенно случайному стечению обстоятельств занимает здесь такое положение, что все четыре изображения квазара разместились почти равномерно, образовав практически правильный крест. Этот необычайно эффектный объект расположен в созвездии Эридана.
И наконец особенный случай. Астрономам посчастливилось запечатлеть на фотоснимке, как мощная линза – галактика в составе огромного скопления на переднем плане - визуально увеличила не квазар, а взрыв сверхновой. Уникальность этого события в том, что сверхновая, в отличие от квазара, – феномен кратковременный. Вспышка, получившая название сверхновой Рефсдаль, произошла в далекой галактике более 9 миллиардов лет назад.
Некоторое время спустя к кресту Эйнштейна, усилившему и размножившему древний звездный взрыв, несколько поодаль добавилось еще одно – пятое – изображение, запоздавшее из-за особенностей строения линзы и, кстати, предсказанное заранее.
На снимке внизу можно увидеть «портрет» сверхновой Рефсдаль, размноженный гравитацией.
Научное значение явления
Разумеется, такое явление, как крест Эйнштейна, играет не только эстетическую роль. Существование объектов подобного рода – это необходимое следствие общей теории относительности, и их непосредственное наблюдение представляет собой одно из наиболее наглядных подтверждений ее справедливости.
Наряду с другими эффектами гравитационного линзирования они привлекают к себе пристальное внимание ученых. Кресты и кольца Эйнштейна дают возможность исследовать не только такие удаленные источники света, которые в отсутствие линз нельзя было бы увидеть, но и структуру самих линз – например, распределение темного вещества в скоплениях галактик.
В уточнении других важнейших космологических параметров, таких как постоянная Хаббла, также может помочь изучение неравномерно сложенных линзированных изображений квазаров (в том числе и крестообразных). Эти эйнштейновские кольца и кресты неправильной формы сформированы лучами, прошедшими разное расстояние за разное время. Поэтому сопоставление их геометрии с колебаниями яркости позволяет добиться большой точности в определении постоянной Хаббла, а значит, и динамики Вселенной.
Словом, удивительные явления, созданные гравитационными линзами, не только радуют глаз, но и играют серьезную роль в современных науках о космосе.
