Sæt en ring på det:Hvordan tyngdekraften giver astronomer en kraftfuld linse på universet

I 1919 fangede astronomerne Arthur Eddington og Andrew Crommelin fotografiske billeder af en total solformørkelse. Solen var i stjernebilledet Tyren på det tidspunkt, og en håndfuld af dens stjerner kunne ses på fotografierne. Men stjernerne var ikke helt på deres forventede plads. Solens enorme tyngdekraft havde afbøjet lyset fra disse stjerner, hvilket fik dem til at virke lidt malplacerede. Det var den første demonstration af, at tyngdekraften kunne ændre lysets vej, præcis som forudsagt af Albert Einstein i 1915.

Bøjningen af ​​lys med massen af ​​en stjerne eller galakse er en af ​​de centrale forudsigelser af den generelle relativitetsteori. Selvom Einstein først forudsagde afbøjningen af ​​lys fra en enkelt stjerne, hævdede andre såsom Oliver Lodge, at en stor masse kunne fungere som en gravitationslinse, der forvrider lysets vej på samme måde som en glaslinse fokuserer lyset. I 1935 demonstrerede Einstein, hvordan lys fra en fjern galakse kunne blive fordrejet af en galakse foran den for at skabe en ring af lys. En sådan Einstein-ring, som den blev kendt, ville få den fjerne galakse til at fremstå som en ring eller lysbue omkring den tættere galakse. Men Einstein troede, at denne effekt aldrig ville blive observeret. Disse lysbuer ville være for svage for optiske teleskoper at fange. Einstein havde ret indtil 1998, da Hubble-rumteleskopet fangede en ring omkring galaksen B1938+666. Dette var den første optiske ring, der blev observeret, men det var ikke den første Einstein-ring. Den første ring blev set i radiolys, og den blev fanget af Very Large Array (VLA).

I 1987, et hold af studerende ved MIT Research Lab in Electronics under Prof. Bernard Burke, og ledet af Ph.D. studerende Jackie Hewitt, brugte VLA til at lave detaljerede billeder af kendte radio-emitterende objekter. En af dem, kendt som MG1131+0456, viste en tydelig oval form med to lyse lapper. Hewitt og hendes team overvejede flere modeller for at forklare den usædvanlige form, men kun en Einstein-ring matchede dataene. Einsteins galaktiske forudsigelse blev endelig observeret.

Radioastronomi er særlig god til at fange linseforsynede galakser. De er blevet et stærkt værktøj for radioastronomer. Ligesom en glaslinse fokuserer lyset for at få et objekt til at se lysere og større ud, gør en gravitationslinse det også. Ved at observere linsede galakser kan radioastronomer studere galakser, der ville være for fjerne og svage til at se på egen hånd. Einstein-ringe kan bruges til at måle massen af ​​den tættere galakse eller galaktiske hob, da mængden af ​​gravitationslinser afhænger af massen af ​​forgrundsgalaksen.

Et af de mere interessante aspekter af gravitationslinser er, at det kan bruges til at måle den hastighed, hvormed universet udvider sig. Lys fra en fjern galakse kan tage mange forskellige veje, når det passerer forgrundsgalaksen. Hver af disse stier kan have forskellige afstande, hvilket betyder, at lyset kan nå os på forskellige tidspunkter. Vi ser måske et lysudbrud fra galaksen flere gange, hver fra en anden vej. Astronomer kan bruge dette til at beregne galaktisk afstand og dermed skalaen af ​​kosmos.

Siden den første påvisning af en Einstein-ring af VLA har radioastronomer fundet flere af dem og har fanget dem mere detaljeret. I 2015 lavede Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for eksempel et detaljeret billede af de linseformede buer fra en fjern galakse ved navn SDP.81. Billedet var skarpt nok til, at astronomer kunne spore buerne tilbage til deres kilde for at studere, hvordan stjerner blev dannet i galaksen.

Einstein rings are now commonly seen in astronomical images, particularly in deep field images, such as those of the James Webb Space Telescope and others. As radio astronomy has shown, they are more than just beautiful. They give us a new lens on the cosmos. + Udforsk yderligere

Image:Hubble sees a 'molten ring'