שמי הלילה משכו ומרשים אדם עם כוכבים רבים. טלסקופ חובבים יכול לראות מגוון גדול בהרבה של עצמים בחלל עמוק - שפע של צבירים, כדוריים ומפוזרים, ערפיליות וגלקסיות סמוכות. אבל ישנן תופעות מרהיבות ומעניינות ביותר שרק מכשירים אסטרונומיים רבי עוצמה יכולים לזהות. בין אוצרות היקום הללו ניתן למנות את אירועי העדשות הכבידתיות, וביניהם מה שנקרא צלבי איינשטיין. מה זה, נגלה במאמר זה.
עדשות חלל
עדשת כבידה נוצרת על ידי שדה כבידה רב עוצמה של עצם בעל מסה משמעותית (לדוגמה, גלקסיה גדולה), שנלכד בטעות בין הצופה למקור אור מרוחק כלשהו - קוואזר, גלקסיה אחרת או בהיר סופרנובה.
תורת הכבידה של איינשטיין מחשיבה שדות כבידה כעיוותים של רצף המרחב-זמן. בהתאם לכך, גם הקווים שלאורכם מתפשטות קרני האור במרווחי הזמן הקצרים ביותר (קווים גאודזיים).כפופים. כתוצאה מכך, הצופה רואה את התמונה של מקור האור מעוותת בצורה מסוימת.
מהו "צלב איינשטיין"?
אופי העיוות תלוי בתצורת עדשת הכבידה ובמיקומה ביחס לקו הראייה המחבר בין המקור לבין המתבונן. אם העדשה סימטרית לחלוטין על קו המוקד, התמונה המעוותת מתבררת בצורת טבעת, אם מרכז הסימטריה מוזז ביחס לקו, אז ניתן לחלק טבעת איינשטיין כזו לקשתות.
עם תזוזה חזקה מספיק, כאשר המרחקים שמכסה האור שונים באופן משמעותי, העדשה יוצרת תמונות נקודות מרובות. הצלב של איינשטיין, לכבודו של מחבר תורת היחסות הכללית, שבמסגרתה נחזו תופעות מסוג זה, נקרא התמונה המרובעת של המקור העדשה.
קווזר בארבע פרצופים
אחד האובייקטים המרובעים ה"פוטוגניים" ביותר הוא הקוואזר QSO 2237+0305 השייך לקבוצת הכוכבים פגסוס. זה רחוק מאוד: האור שנפלט מהקוואזאר הזה עבר יותר מ-8 מיליארד שנים לפני שפגע בעדשות המצלמה של טלסקופי קרקע וחלל. יש לזכור ביחס לצלב איינשטיין זה כי זהו שם פרטי, אם כי לא רשמי, והוא כתוב באות גדולה.
בראש התמונה נמצא צלב איינשטיין. הנקודה המרכזית היא הגרעין של גלקסיית העדשות. התמונה צולמה בחללטלסקופ האבל.
הגלקסיה ZW 2237+030, הפועלת כעדשה, קרובה פי 20 מהקוואזר עצמו. מעניין לציין שבשל אפקט העדשה הנוסף שנוצר על ידי כוכבים בודדים, ואולי צבירי כוכבים או ענני גז ואבק מסיביים בהרכבו, הבהירות של כל אחד מארבעת המרכיבים עוברת שינויים הדרגתיים, ולא אחידים.
מגוון צורות
אולי לא פחות יפה הוא הקוואזר מוצלב עדשות HE 0435-1223, כמעט באותו מרחק כמו QSO 2237+0305. עדשת הכבידה, בשל מערכת אקראית לחלוטין של נסיבות, תופסת כאן עמדה כזו שכל ארבע התמונות של הקוואזר ממוקמות כמעט באופן שווה, ויוצרות צלב כמעט רגיל. אובייקט מרהיב במיוחד זה ממוקם בקבוצת הכוכבים ארידאני.
וסוף סוף אירוע מיוחד. לאסטרונומים התמזל המזל ללכוד בתצלום כיצד עדשה חזקה - גלקסיה בצביר ענק בחזית - הגדילה חזותית לא קוואזר, אלא פיצוץ סופרנובה. ייחודו של אירוע זה הוא שסופרנובה, בניגוד לקוואזר, היא תופעה קצרת טווח. הפיצוץ, שזכה לכינוי הסופרנובה של רפסדל, התרחש בגלקסיה מרוחקת לפני למעלה מ-9 מיליארד שנים.
זמן מה לאחר מכן, לצלב איינשטיין, שחיזק והכפיל את פיצוץ הכוכבים הקדום, קצת יותר רחוק, נוספה תמונה חמישית נוספת, באיחור בשל המוזרויות של מבנה העדשה, ודרך אגב, חזתהמראש.
בתמונה למטה ניתן לראות את ה"דיוקן" של הסופרנובה רפסדל, מוכפל בכוח המשיכה.
המשמעות המדעית של התופעה
כמובן, לתופעה כמו צלב איינשטיין יש לא רק תפקיד אסתטי. קיומם של עצמים מסוג זה הוא תוצאה הכרחית של תורת היחסות הכללית, והתצפית הישירה בהם היא אחד האישורים הברורים ביותר לתקפותה.
יחד עם השפעות אחרות של עדשות כבידה, הן מושכות את תשומת הלב הקרובה של מדענים. הצלבים והטבעות של איינשטיין מאפשרים לחקור לא רק מקורות אור רחוקים כאלה שלא ניתן היה לראות בהיעדר עדשות, אלא גם את מבנה העדשות עצמן - למשל, התפלגות החומר האפל בצברי גלקסיות.
המחקר של תמונות עדשות מוערמות באופן לא אחיד של קוואזרים (כולל צולבים) יכול גם לעזור לחדד פרמטרים קוסמולוגיים חשובים אחרים, כמו קבוע האבל. טבעות וצלבים איינשטיין בעלי צורה לא סדירה נוצרים על ידי קרניים שעברו מרחקים שונים בזמנים שונים. לכן, השוואה של הגיאומטריה שלהם עם תנודות בהירות מאפשרת להשיג דיוק רב בקביעת קבוע האבל, ומכאן הדינמיקה של היקום.
במילה אחת, התופעות המדהימות שנוצרות על ידי עדשות כבידה אינן רק נעימות לעין, אלא גם ממלאות תפקיד רציני במדעי החלל המודרניים.
