重力引力簡介

大多數(shù)人都熟悉天文學(xué)的工具：望遠(yuǎn)鏡，專門的儀器和數(shù)據(jù)庫。天文學(xué)家使用這些，加上一些特殊的技術(shù)來觀察遠(yuǎn)處的物體。其中一種技術(shù)被稱為"重力鏡頭。"

這種方法只依賴于光線在巨大物體附近通過時的特殊行為。這些區(qū)域的重力，通常包含巨大的星團(tuán)或星團(tuán)簇，放大了來自遙遠(yuǎn)的恒星，星團(tuán)和準(zhǔn)星的光。使用重力引力的觀測幫助天文學(xué)家探索存在于宇宙最早時代的物體。他們還揭示了遙遠(yuǎn)恒星周圍行星的存在。以一種不可思議的方式，他們還揭示了滲透宇宙的暗物質(zhì)的分布。

重力透鏡的力學(xué)

重力引力背后的概念很簡單：宇宙中的一切都有質(zhì)量，質(zhì)量有引力。如果一個物體足夠大，它強(qiáng)大的重力會在光線通過時彎曲光線。一個非常巨大的物體，如星球，恒星或galaxy，或galaxy星團(tuán)，甚至黑洞的重力場，會更強(qiáng)烈地吸引附近空間的物體。例如，當(dāng)來自更遠(yuǎn)物體的光線通過時，它們被引力場捕獲，彎曲并重新聚焦。重新聚焦的"圖像"通常是更遠(yuǎn)物體的扭曲視圖。在某些極端情況下，整個背景宇宙（例如）可能通過重力鏡頭的作用最終扭曲成長而瘦的香蕉狀形狀。

Lensing

重力引力的想法最初是在愛因斯坦和廣義相對論中提出的。1912年左右，愛因斯坦本人推導(dǎo)出了光通過太陽時如何偏轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)重力場。他的想法隨后在1919年5月的日蝕期間由科學(xué)家亞瑟·艾丁頓，弗蘭克·戴森以及駐扎在南美洲和巴西城市的觀察員團(tuán)隊進(jìn)行了測試。他們的觀察證明存在引力。雖然重力引力在整個歷史中都存在，但可以肯定地說它是在20世紀(jì)初首次發(fā)現(xiàn)的。今天，它被用來研究遙遠(yuǎn)宇宙中的許多現(xiàn)象和物體健康生活常識。恒星和行星可能會造成引力效應(yīng)，盡管這些很難被發(fā)現(xiàn)。宇宙和galaxy星團(tuán)的重力場可以產(chǎn)生更明顯的鏡頭效應(yīng)。而且，現(xiàn)在證明暗物質(zhì)（具有引力效應(yīng)）也會導(dǎo)致透鏡化。

重力吸引的類型

現(xiàn)在科學(xué)家們可以觀察到宇宙中的鏡頭，他們將這種現(xiàn)象分為兩種類型：強(qiáng)鏡頭和弱鏡頭。強(qiáng)烈的鏡頭很容易理解-如果它可以用人眼在圖像中看到（比如，從哈伯太空望遠(yuǎn)鏡），那么它's強(qiáng)。另一方面，用肉眼檢測不到弱透鏡。天文學(xué)家必須使用特殊技術(shù)來觀察和分析這一過程。

由于暗物質(zhì)的存在，所有遙遠(yuǎn)的宇宙都有點(diǎn)微弱。弱透鏡用于檢測空間中給定方向的暗物質(zhì)量。它'是一個非常有用的工具，用于天文學(xué)家，幫助他們了解宇宙中暗物質(zhì)的分布。強(qiáng)大的鏡頭也使他們能夠看到遙遠(yuǎn)的宇宙，就像他們遙遠(yuǎn)的過去一樣，這讓他們很好地了解數(shù)十億年前的情況。它也放大了來自非常遙遠(yuǎn)的物體的光，比如最早的宇宙，通常是gives天文學(xué)家對宇宙的一個想法'年輕時的活動。

另一種類型的鏡頭稱為"microlensing"通常是由在另一個前面穿過的星形或抵靠更遠(yuǎn)的物體引起的。物體的形狀可能不會變形，因?yàn)樗哂懈鼜?qiáng)的透鏡，但是光波的強(qiáng)度。這告訴天文學(xué)家可能涉及微透鏡。有趣的是，行星在我們和他們的星星之間通過時也可能參與微透鏡。

重力作用發(fā)生在所有波長的光上，從無線電和紅外線到可見光和紫外線，這是有道理的，因?yàn)樗鼈兌际倾逶∮钪娴碾姶泡椛涔庾V的一部分。

第一個重力鏡頭

第一個重力透鏡（除了1919年的日食透鏡實(shí)驗(yàn)）是在1979年發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時科學(xué)家們看到了被稱為"孿生QSO".QSO是"準(zhǔn)星狀物體"或quasar的簡寫。最初，這些科學(xué)家認(rèn)為這個物體可能是一對準(zhǔn)雙胞胎。在使用亞利桑那州的Kitt Peak國家觀測站進(jìn)行仔細(xì)觀察后，科學(xué)家們能夠確定在太空中彼此附近沒有'兩個相同的準(zhǔn)星（遙遠(yuǎn)的非?；钴S的星團(tuán)）。相反，它們實(shí)際上是兩個更遠(yuǎn)的quasar圖像，它們是隨著quasar's光沿著光's行進(jìn)路徑以非常大的重力通過而產(chǎn)生的。該觀察是在光學(xué)（可見光）下進(jìn)行的，后來在新墨西哥州使用非常大的陣列通過無線電觀察得到了證實(shí)。

愛因斯坦環(huán)

從那時起，許多重力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些東西。最著名的是愛因斯坦環(huán)，它們是光線在透鏡物體周圍形成的透鏡物體。在遙遠(yuǎn)的光源，透鏡物體和地球上的望遠(yuǎn)鏡都排在一起的機(jī)會中，科學(xué)家們能夠看到一圈光環(huán)。這些被稱為"愛因斯坦環(huán)，"當(dāng)然被命名為科學(xué)家的工作預(yù)測了重力鏡頭現(xiàn)象。

愛因斯坦'著名十字架

另一個著名的鏡頭物體是名為Q2237+030的quasar，或愛因斯坦十字架。當(dāng)距離地球大約80億光年的準(zhǔn)星光通過一個長方形的galaxy時，它創(chuàng)造了這種奇怪的形狀。出現(xiàn)了quasar的四張圖像（肉眼看不到中心的第五張圖像），形成了菱形或十字形。在大約4億光年的距離內(nèi)，透鏡狀的galaxy比quasar更接近地球。這個物體已經(jīng)被哈伯空間望遠(yuǎn)鏡觀察了好幾次。

宇宙中遠(yuǎn)處物體的強(qiáng)烈鏡頭

在宇宙距離尺度上，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡定期捕獲其他重力鏡頭圖像。在它的許多觀點(diǎn)中，遙遠(yuǎn)的宇宙被涂抹成弧形。天文學(xué)家使用這些形狀來確定進(jìn)行透鏡化的galaxy團(tuán)簇中的質(zhì)量分布或找出它們的暗物質(zhì)分布。雖然這些恒星通常太微弱而不容易被看到，但重力引力使它們可見，為數(shù)億光年傳遞信息供天文學(xué)家研究。

科學(xué)家們繼續(xù)研究透鏡的影響，特別是當(dāng)黑色h涉及OLE。它們的強(qiáng)烈重力也會反射光線，如本模擬所示，使用天空的HST圖像進(jìn)行演示。