Einsteinov prstenec

Príklady Einsteinových prsteňov

Einsteinov prstenec v astronómii predstavuje kruhovú deformáciu svetla zo zdroja (galaxia alebo hviezda) vďaka gravitačnej šošovke, ktorú tvorí objekt s veľmi veľkou hmotnosťou (iná galaxia alebo čierna diera). Tento jav nastáva keď sa gravitačná šošovka nachádza na spojnici medzi zdrojom svetla a pozorovateľom. Prvý úplný Einsteinov prstenec, označený ako B1938+666, bol objavený vďaka spolupráci astronómov z Michiganskej univerzity a tímom NASA Hubble Space Telescope v roku 1998.

Úvod

Gravitačnú šošovku predpovedala Einsteinova všeobecná teória relativity. Svetlo zo zdroja sa nešíri priamočiaro (v troch rozmeroch), ale po trajektórii časopriestoru zakriveného prítomnosťou veľmi hmotného objektu. Einsteinov prstenec predstavuje špciálny prípad gravitačnej šošovky, spôsobovaný presným zarovnaním zdroja, šošovky a pozorovateľa, čo spôsobí symetriu v okolí šošovky a vytvorí prstencovú štruktúru.

Geometria gravitačnej šošovky

Veľkosť Einsteinovho prstenca je daná Einsteinovým polomerom. V radiánoch daná vzťahom

$\theta _{E}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {d_{LS}}{d_{L}d_{S}}}}},$

kde

$G$ je gravitačná konštanta,

$M$ je hmotnosť šošovky,

$c$ je rýchlosť svetla,

$d_{L}$ je uhlová vzdialenosť šošovky,

$d_{S}$ je uhlová vzdialenosť zdroja, a

$d_{LS}$ je uhlová vzdialenosť medzi šošovkou a zdrojom.

Poznámka: Pri kozmologických vzdialenostiach vo všeobecnosti platí $d_{LS}\neq d_{S}-d_{L}$.

História

Zakrivenie svetla gravitačným objektom predpokladal Einstein v roku 1912, krátko pred publikovaním Všeobecnej teórie relativity v roku 1916. Prstencový efekt v akademickej literatúre prvýkrát spomenul v roku 1924 Orest Chwolson. Albert Einstein sa k tomuto efektu vyjadril v roku 1936 po výzve českého inžiniera R. W. Mandla a uviedol: „Samozrejme neexistuje takmer žiadna šanca pozorovať tento jav priamo. Po prvé, sotva sa niekedy dostatočne priblížime takejto centrálnej línii. Po druhé, uhol β je mimo rozlišovacích schopností našich nástrojov.“

V tomto vyjadrení β predstavuj Einsteinov polomer v súčasnosti označovaný ako $\theta _{E}$ (pozri vyššie). Einstein zvažoval šancu pozorovať Einsteinove prstence tvorené iba hviezdami a tá je nízka. Šanca pozorovať prstence tvorené väčšími šošovkami ako galaxie a čierne diery je vyššia, pretože uhlová veľkosť prstencov sa zväčšuje s hmotnosťou šošovky.

Známe Einsteinove prstence

V súčasnosti sú známe stovky gravitačných šošoviek. Zhruba pol tucta z nich sú čiastočné Einsteinove prstence s priemerom do jednej arcsekundy, pretože buď rozloženie hmotnosti šošovky nie je dokonale osovo symetrické, alebo zdroj, šošovka a pozorovateľ nie sú v dokonalej rovine. Zatiaľ sme nepozorovali dokonalý Einsteinov prstenec. Väčšinu prstencov pozorovali v rádiovom spektre.

Pozri aj

• Gravitačná šošovka
• Všeobecná teória relativity