Архив отдела новостей науки по физике и астрономии
 
 Ниже приведена статья В.Г.Сурдина "Гравитационная линза из невидимого вещества" (опубликованная в журнале "Природа" 1998, N11, стр.86-87). 

Предсказанный Эйнштейном в 1916 г. эффект искривления луча света в поле тяготения массивного тела был подтвержден во время полного солнечного затмения уже в 1919 г. Астрономы заметили, что изображения звезд, видимые вблизи края солнечного диска, немного сместились относительно своих обычных мест. Однако мало кто мог ожидать тогда, что этот тончайший эффект, ставший тестом для новой теории тяготения, когда-нибудь породит важную научную методику. Впрочем, один молодой человек - швейцарский астроном Ф.Цвикки (1898-1974), работавший в Калифорнийском технологическом институте, - высказал в 30-х годах идею о том, что этот эффект можно использовать для оценки масс галактик, поскольку отклонение луча света вызывается любыми гравитирующими объектами. Много удивительных предсказаний, сделанных Цвикки, подтвердилось еще при его жизни (например, о том, что при взрыве сверхновой должна рождаться нейтронная звезда), но отклонение света галактиками впервые было обнаружено лишь в 1979 г. А к концу нынешнего века этот эффект превратился в мощный метод астрономии. Сейчас с его помощью пытаются решить загадку темной материи, которая, по-видимому, составляет основную долю вещества Вселенной, причем проявляет себя только посредством гравитационного взаимодействия. Астрономы изучают это невидимое вещество, используя "гравитационные линзы".  
Для наблюдения эффекта гравитационной фокусировки необходим источник излучения, расположенный за скоплением изучаемой массы. Роль далеких и мощных источников света обычно играют квазары (судя по всему, - активные ядра молодых галактик). Гравитационной линзой при этом служит более близкая к нам массивная галактика или целое скопление галактик. Астрономы обнаружили уже около 20 гравитационно линзированных квазаров, изображения которых сильно искажены или даже расщеплены гравитационным полем массивного, но сравнительно тусклого объекта.  
Если бы массивная галактика имела идеально сферическую форму, а квазар находился прямо за ней, то его точечное изображение превратилось бы в колечко ("кольцо Эйнштейна"). Однако галактики имеют сложную форму, а квазары могут располагаться как угодно, поэтому их изображения в гравитационной линзе обычно представляют систему из нескольких пятен, в простейшем случае - из двух, разделенных расстоянием порядка одной угловой секунды. 
Характерная особенность квазаров - довольно быстрое и нерегулярное изменение яркости (по неясным пока причинам). Разумеется, каждое пятно в изображении квазара также изменяет яркость, но с характерной лишь для него задержкой во времени, поскольку свет, формирующий каждое изображение, добирается к нам своим путем. Измеряя задержку между соответствующими колебаниями яркости у двух изображений квазара, составляющую от нескольких месяцев до нескольких лет, легко вычислить разницу в длине путей светового луча. А если удастся определить форму галактики, то по задержке времени можно найти ее истинный размер. Сравнив его с наблюдаемым угловым размером галактики, легко узнать расстояние до нее, а исхода из положения линий в ее спектре - скорость удаления от нас.  
Однако изучить галактику, выступающую в роли гравитационной линзы, оказалось гораздо сложнее, чем обнаружить искаженное ее влиянием изображение квазара. Слабое изображение галактики тонет в ярком свете квазара (хотя по земным меркам оба они архислабые: не ярче настольной лампы, зажженной на Луне). И все же астрономы взялись за эту задачу. Недавно группа специалистов под руководством Ф.Курбэна (F.Courbin; Институт астрофизики в Льеже и Обсерватория Париж-Медей) обнаружила и детально исследовала на Европейской южной обсерватории в Ла-Силлье (Чили) квазар HE 1104-1805, изображение которого явно указывало на эффект гравитационной линзы. (ESO Press Release 09/97, 25 July 1997). Поиск отклоняющей свет галактики решено было провести в инфракрасном диапазоне спектра, поскольку именно туда сдвинут за счет эффекта Доплера максимум излучения удаляющейся от нас звездной системы.  
Мерой скорости далеких объектов у астрономов служит красное смещение (z) линий в их спектре. Поскольку все далекие объекты удаляются от нас, смещение всегда происходит в сторону красной части спектра. С учетом релятивистских эффектов красному смещению z=1 соответствует скорость 180 тыс. км/с; при z=2 - 214.300 км/с; при z=3 - 233.300 км/с и при z=4 - 245.500 км/с. Чем дальше объект, тем быстрее он удаляется от наблюдателя; поэтому красное смещение служит также мерой расстояния до далеких галактик и квазаров. Однако простой связи тут нет, поскольку она определяется историей расширения Вселенной.  
У галактик с красным смещением около z=1 максимум излучения смещается из видимой области спектра в близкую инфракрасную, поэтому их удобно наблюдать в спектральной полосе J (длина волны 1.25 мкм), а более далекие галактики легче исследовать в полосе K (2.2 мкм).  
Квазар HE 1104-1805 с красным смещением z=2,316 и раздвоенным гравитационной линзой изображением был открыт в 1993 г. В 1995 г. наблюдения в спектральной полосе I (0.9 мкм) выявили между изображениями квазара слабый объект, природа которого осталась невыясненной из-за низкого качества изображений. Зато в 1997 г. изучение этого объекта с помощью новой техники и улучшенной математической обработки значительно продвинулось. 
  
На фотографиях приведено изображение квазара HE 1104-1805, которое получено на 2,2-метровом инфракрасном телескопе в результате суммирования нескольких экспозиций общей продолжительностью около двух часов. Слева - результат обычной обработки данных с разрешением 0,8'': видны только два изображения квазара. Справа - после применения методики улучшения изображений разрешение повысилось до 0,27", и в центре стала видна галактика, преломляющая свет квазара,  
Даже добившись углового разрешения 0.27", которое прежде было доступно лишь Космическому телескопу им.Хаббла, получить спектр слабой галактики, зажатой между двумя яркими изображениями квазара, не удалось. Но, сравнив ее по цвету с другими, хорошо изученными галактиками, астрономы смогли оценить диапазон возможных красных смещений: 1<z<1,8. А поскольку в спектре квазара были обнаружены линии поглощения объектом с красным смещением z=l,66, стало ясно, что они принадлежат именно галактике-линзе. Так удалось узнать ее красное смещение, которое соответствует скорости около 200 тыс. км/с и расстоянию от 6 до 9 млрд. световых лет.  
Если галактика-линза действительно расположена на таком расстоянии, то смещение во времени между вариациями блеска двух изображений квазара должно составлять три-четыре года. Измерив эту величину, астрономы через несколько лет смогли бы уточнить постоянную Хаббла. Однако обескураживает одна неожиданность: галактика видна ближе к более яркому изображению квазара, хотя расчет, выполненный для обычной эллиптической галактики, предсказывает противоположное смещение. Судя по всему, в преломлении лучей квазара помимо видимого тела галактики участвует большое скопление какой-то невидимой массы. С этим еще предстоит разбираться.  
 

[ Предыдущее сообщение     Оглавление     Последующее сообщение
 

 
vlad@ssl.nsu.ru