En solar gravitationslinse vil være menneskehedens mest kraftfulde teleskop. Hvad er dets bedste mål?

En af de centrale forudsigelser af den generelle relativitetsteori er, at et massivt objekt såsom en stjerne, galakse eller sort hul kan aflede lys, der passerer i nærheden. Det betyder, at lys fra fjerne objekter kan linses gravitationsmæssigt af objekter tættere på os. Under de rette forhold kan gravitationslinser fungere som en slags naturligt teleskop, der lysner op og forstørrer lyset fra fjerne objekter. Astronomer har brugt dette trick til at observere nogle af de fjerneste galakser i universet. Men astronomer har også tænkt på at bruge denne effekt lidt tættere på hjemmet.

En idé er at bruge solens tyngdekraft som en linse til at studere nærliggende exoplaneter. Lys, der kommer fra en exoplanet, ville være gravitationsfokuseret af solen med et brændpunkt i området omkring 550 AU til 850 AU, afhængigt af hvor tæt exoplanetens lys passerer solen. I princippet kunne vi placere et eller flere teleskoper i den afstand og dermed skabe et solstort teleskop. Dette ville give en opløsning på omkring 10 kvadratkilometer for objekter 100 lysår væk.

I øjeblikket er det mest vidtrækkende rumfartøj, vi har bygget, Voyager I, som kun er omkring 160 AU fra solen, så det er ret klart, at vi stadig har lang vej igen, før denne slags solteleskop bliver en realitet. Men det er et projekt, vi kan løfte i fremtiden. Det ville ikke kræve magisk teknologi eller ny fysik for at komme i gang. Det vil bare kræve en hel del ingeniørarbejde. Og selv da vil en anden udfordring være at bruge alle de indsamlede data til at samle et nøjagtigt billede. Som det sker med radioteleskoper, ville dette sollinseteleskop ikke fange et enkelt billede på én gang. Det vil kræve en detaljeret forståelse af, hvordan solen fokuserer lys til at afbilde exoplaneter, hvilket er her, en nylig undersøgelse kommer ind.

Intet teleskop er perfekt. En af begrænsningerne ved optiske teleskoper har at gøre med diffraktion. Når lysbølger passerer gennem en teleskoplinse, kan fokuseringseffekten få bølgerne til at forstyrre hinanden lidt. Det er en effekt kendt som diffraktion, og den kan sløre og forvrænge dit billede. Resultatet af dette er, at der for ethvert teleskop er en grænse for, hvor skarpt dit billede kan være, kendt som diffraktionsgrænsen. Selvom et gravitationelt linseteleskop er lidt anderledes, har det også en diffraktionseffekt og en diffraktionsgrænse.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , modellerede holdet solens gravitationslinser for at se på de diffraktionseffekter, den ville have på et billede fra udvidede objekter såsom en exoplanet. De fandt ud af, at et sollinseteleskop ville være i stand til at detektere en 1 Watt laser, der kommer fra Proxima Centauri b, omkring 4 lysår væk. De fandt ud af, at diffraktionsgrænsen generelt er meget mindre end teleskopets samlede opløsning ville være. Vi burde være i stand til at løse detaljer i størrelsesordenen 10 km til 100 km afhængigt af den observerede bølgelængde. Holdet fandt også ud af, at selv på skalaer under diffraktionsgrænsen ville der stadig være genstande, der er værd at studere. For eksempel ville neutronstjerner generelt være for små til, at vi kan se træk, men vi kunne studere ting som f.eks. variation i overfladetemperaturen.

For det meste, hvad denne undersøgelse bekræfter, er, at objekter som exoplaneter og neutronstjerner ville være stærke kandidater til et sollinseteleskop. Det ville være et revolutionerende værktøj for astronomer i fremtiden.