Eine Gravitationslinse bezieht sich auf einen Vertrieb der Sache (wie eine Traube von Milchstraßen) zwischen einer entfernten Quelle (eine Hintergrundmilchstraße) und einem Beobachter, der dazu fähig ist (lensing) das Licht von der Quelle zu biegen, als es zum Beobachter reist. Diese Wirkung ist als Gravitationslensing bekannt und ist eine der Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein.

Obwohl Orest Chwolson als seiend das erste geglaubt wird, um die Wirkung im Druck 1924 zu besprechen, wird die Wirkung mit Einstein allgemeiner vereinigt, der einen berühmteren Artikel über das Thema 1936 veröffentlicht hat.

Fritz Zwicky hat 1937 postuliert, dass die Wirkung Milchstraße-Trauben erlauben konnte, als Gravitationslinsen zu handeln. Erst als 1979, dass diese Wirkung durch die Beobachtung des so genannten "Zwillings QSO" SBS 0957+561 bestätigt wurde.

Beschreibung

Die Raum-Zeit um einen massiven Gegenstand (wie eine Milchstraße-Traube oder ein schwarzes Loch) wird gebogen, und infolgedessen werden leichte Strahlen von einer Hintergrundquelle (wie eine Milchstraße), sich durch die Raum-Zeit fortpflanzend, gebogen. Die lensing Wirkung kann vergrößern und das Image der Hintergrundquelle verdrehen.

Verschieden von einer optischen Linse kommt das maximale 'Verbiegen' am nächsten an, und Minimum vor, das 'sich' weiter von, das Zentrum einer Gravitationslinse 'biegt'. Folglich hat eine Gravitationslinse keinen einzelnen Brennpunkt, aber eine im Brennpunkt stehende Linie stattdessen. Wenn die (leichte) Quelle, der massive Lensing-Gegenstand und der Beobachter in einer Gerade lügen, wird die ursprüngliche leichte Quelle als ein Ring um den massiven Lensing-Gegenstand erscheinen. Wenn es einen Fluchtungsfehler gibt, wird der Beobachter ein Kreisbogen-Segment stattdessen sehen. Dieses Phänomen wurde zuerst 1924 vom St. Petersburger Physiker Orest Chwolson erwähnt, und von Albert Einstein 1936 gemessen. Darauf wird gewöhnlich in der Literatur als ein Ring von Einstein verwiesen, seitdem sich Chwolson mit dem Fluss oder Radius des Ringimages nicht beschäftigt hat. Allgemeiner, wo die lensing Masse (wie Milchstraße-Gruppen und Trauben) kompliziert ist und keine kugelförmige Verzerrung der Raum-Zeit verursacht, wird die Quelle teilweisen um die Linse gestreuten Kreisbogen ähneln. Der Beobachter kann dann vielfache verdrehte Images derselben Quelle sehen; die Zahl und Gestalt von diesen abhängig von Verhältnispositionen der Quelle, der Linse, und des Beobachters und der Gestalt des Gravitations-gut des Lensing-Gegenstands.

Es gibt drei Klassen von Gravitationslensing:

1. Starker lensing: Wo es leicht sichtbare Verzerrungen wie die Bildung von Einstein gibt, klingelt, funkt und vielfache Images.

2. Schwacher lensing: Wo die Verzerrungen von Hintergrundquellen viel kleiner sind und nur durch das Analysieren der großen Anzahl von Quellen entdeckt werden können, um zusammenhängende Verzerrungen nur einigen Prozents zu finden. Der lensing taucht statistisch auf, weil ein bevorzugtes Ausdehnen des Hintergrunds Senkrechte gegen die Richtung zum Zentrum der Linse einwendet.

Durch das Messen der Gestalten und Orientierungen der großen Anzahl von entfernten Milchstraßen können ihre Orientierungen durchschnittlich sein, um das Scheren des lensing Feldes in jedem Gebiet zu messen. Das kann abwechselnd verwendet werden, um den Massenvertrieb im Gebiet wieder aufzubauen: Insbesondere der Hintergrundvertrieb der dunklen Sache kann wieder aufgebaut werden. Da Milchstraßen wirklich elliptisch sind und das schwache Gravitationslensing-Signal klein ist, muss eine sehr hohe Zahl von Milchstraßen in diesen Überblicken verwendet werden. Diese schwachen Lensing-Überblicke müssen mehrere wichtige Quellen des systematischen Fehlers sorgfältig vermeiden: Die innere Gestalt von Milchstraßen, die Tendenz einer Punkt-Ausbreitungsfunktion einer Kamera, die Gestalt einer Milchstraße und die Tendenz des atmosphärischen Sehens zu verdrehen, Images zu verdrehen, müssen verstanden und sorgfältig verantwortlich gewesen werden. Die Ergebnisse dieser Überblicke sind für die kosmologische Parameter-Bewertung wichtig, um besser zu verstehen und das Modell des Lambdas-CDM zu übertreffen, und eine Konsistenzprüfung auf anderen kosmologischen Beobachtungen zur Verfügung zu stellen. Sie können auch eine wichtige zukünftige Einschränkung auf die dunkle Energie zur Verfügung stellen.

3. Microlensing: Wo keine Verzerrung in der Gestalt gesehen werden kann, aber der Betrag des Lichtes von einem Hintergrundgegenstand erhalten, ändert sich rechtzeitig. Der Lensing-Gegenstand kann Sterne in der Milchstraße in einem typischem Fall mit der Hintergrundquelle sein, die Sterne in einer entfernten Milchstraße, oder, in einem anderen Fall, einem noch entfernteren Quasar ist. Die Wirkung ist klein, solch, dass (im Fall von starkem lensing) sogar eine Milchstraße mit einer Masse mehr als 100 Milliarden Male mehr als das der Sonne vielfache durch nur einige arcseconds getrennte Images erzeugen wird. Milchstraße-Trauben können Trennungen von mehreren arcminutes erzeugen. In beiden Fällen sind die Milchstraßen und Quellen, viele hundert von megaparsecs weg von unserer Milchstraße ziemlich entfernt.

Gravitationslinsen handeln ebenso auf allen Arten der elektromagnetischen Radiation, nicht nur sichtbares Licht. Schwache lensing Effekten werden für den kosmischen Mikrowellenhintergrund sowie die Milchstraße-Überblicke studiert. Starke Linsen sind im Radio beobachtet worden und durchleuchten Regime ebenso. Wenn eine starke Linse vielfache Images erzeugt, wird es eine Verhältnisverzögerung zwischen zwei Pfaden geben: D. h. in einem Image wird der Lensed-Gegenstand vor dem anderen Image beobachtet.

Geschichte

Gemäß der allgemeinen Relativität "verzieht" Masse Raum-Zeit, um Schwerefelder zu schaffen und deshalb Licht infolgedessen zu biegen. Diese Theorie wurde 1919 während einer Sonneneklipse bestätigt, als Arthur Eddington bemerkt hat, dass das Licht von Sternen, die in der Nähe von der Sonne gehen, ein bisschen gebogen wurde, so dass Sterne ein bisschen aus der Position erschienen sind.

Einstein hat begriffen, dass es auch für astronomische Gegenstände möglich war, Licht zu biegen, und dass unter den richtigen Bedingungen man vielfache Images einer einzelnen Quelle, genannt eine Gravitationslinse oder manchmal eine Gravitationssinnestäuschung beobachten würde.

Jedoch, da er nur Gravitationslensing durch einzelne Sterne gedacht hat, hat er beschlossen, dass das Phänomen am wahrscheinlichsten unbemerkt für die absehbare Zukunft bleiben würde. 1937 hat Fritz Zwicky zuerst den Fall in Betracht gezogen, wo eine Milchstraße als eine Quelle, etwas handeln konnte, was gemäß seinen Berechnungen gut innerhalb der Reichweite von Beobachtungen sein sollte.

Erst als 1979, dass die erste Gravitationslinse entdeckt würde. Es ist bekannt als der "Zwilling QSO" geworden, seitdem es am Anfang wie zwei identische Quasisterngegenstände ausgesehen hat; es wird SBS 0957+561 offiziell genannt. Diese Gravitationslinse wurde zufällig von Dennis Walsh, Bob Carswell und Ray Weymann entdeckt, der die Kitt-Spitze Nationales Sternwarte-2.1-Meter-Fernrohr verwendet.

In den 1980er Jahren haben Astronomen begriffen, dass die Kombination von CCD imagers und Computern der Helligkeit von Millionen von Sternen erlauben würde, jede Nacht gemessen zu werden. In einem dichten Feld, wie das galaktische Zentrum oder die Wolken von Magellanic, konnten viele microlensing Ereignisse pro Jahr potenziell gefunden werden. Das hat zu Anstrengungen wie Optisches Gravitationslensing-Experiment geführt, oder äugeln Sie LIEB, die Hunderte von solchen Ereignissen charakterisiert haben.

Erklärung in Bezug auf die Raum-Zeit-Krümmung

In der allgemeinen Relativität folgt Licht der Krümmung der Raum-Zeit folglich, wenn Licht einen massiven Gegenstand verteilt, wird es gebogen. Das bedeutet, dass das Licht von einem Gegenstand auf der anderen Seite zu Ihrem Auge gerade wie eine gewöhnliche Linse gebogen wird. Da sich Licht immer mit einer unveränderlichen Geschwindigkeit bewegt, ändert lensing die Richtung der Geschwindigkeit des Lichtes, aber nicht den Umfang.

Leichte Strahlen sind die Grenze zwischen der Zukunft, dem raummäßigen, und den vorigen Gebieten. Die Gravitationsanziehungskraft kann als die Bewegung von unbeeinträchtigten Gegenständen in der gebogenen Geometrie eines Hintergrunds oder wechselweise als die Antwort von Gegenständen zu einer Kraft in einer flachen Geometrie angesehen werden. Der Winkel der Ablenkung ist:

:

zur MassenM in einer Entfernung r von der betroffenen Radiation, wo G die universale Konstante der Schwerkraft und c ist, ist die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum.

Suche nach Gravitationslinsen

Die meisten Gravitationslinsen in der Vergangenheit sind zufällig entdeckt worden. Eine Suche nach Gravitationslinsen in der Nordhemisphäre (Kosmische Linse der Ganze Himmel-Überblick, KLASSE), getan in Radiofrequenzen mit Very Large Array (VLA) in New Mexico, hat zur Entdeckung von 22 neuen lensing Systemen, einem Hauptmeilenstein geführt. Das hat eine ganze neue Allee für die Forschung im Intervall von der Entdeckung sehr entfernter Gegenstände zur Entdeckung von Werten für kosmologische Rahmen geöffnet, so können wir das Weltall besser verstehen.

Eine ähnliche Suche in der südlichen Halbkugel würde ein sehr guter Schritt zum Ergänzen der Nordhemisphäre-Suche sowie Erreichen anderer Ziele für die Studie sein. Wie erwartet werden kann, wenn solch eine Suche mit dem gut kalibrierten und gut parametrisierten Instrument und den Daten getan wird, können wir annehmen, ein sehr gutes Ergebnis zu haben. Der Gebrauch des australischen Fernrohrs 20 GHz (AT20G) Überblick-Daten haben das Verwenden von Australia Telescope Compact Array (ATCA) gesammelt, erträgt, solch eine Datenerfassung zu sein. Da die Daten mit demselben Instrument gesammelt wurden, das eine sehr strenge Qualität von Daten aufrechterhält, sollten wir annehmen, gute Ergebnisse von der Suche zu erhalten. Der AT20G-Überblick ist ein blinder Überblick an 20 GHz Frequenz im Radiogebiet des elektromagnetischen Spektrums. Wegen der hohen Frequenz verwendet, die Chancen, die Gravitationslinse-Zunahmen als die Verhältniszahl von Kompaktkerngegenständen (z.B Quasare) finden, sind höher (Sadler u. a. 2006). Das ist wichtig, weil der lensing leichter ist, zu entdecken und sich in einfachen Gegenständen im Vergleich zu Gegenständen mit der Kompliziertheit in ihnen zu identifizieren. Diese Suche ist mit dem Gebrauch von interferometric Methoden verbunden, Kandidaten zu erkennen und ihnen an der höheren Entschlossenheit zu folgen, um sie zu identifizieren. Das volle Detail des Projektes ist zurzeit unter Arbeiten für die Veröffentlichung.

In einem neuen Artikel über die Wissenschaft Täglich (am 21. Januar 2009) eine Mannschaft von Wissenschaftlern, die von einem Kosmologen vom Lawrence Berkeley des amerikanischen Energieministeriums geführt sind, hat Nationales Laboratorium Hauptfortschritte im Verlängern des Gebrauches von Gravitationslensing zur Studie von viel älteren und kleineren Strukturen gemacht, als vorher durch das Feststellen möglich war, dass schwacher Gravitationslensing Maße von entfernten Milchstraßen verbessert.

Historische Papiere und Verweisungen

ZeichenBibliografie

• "Zufällige Astrophysiker". Wissenschaftsnachrichten, am 13. Juni 2008.
• "XFGLenses". Ein Computerprogramm, um sich Gravitationslinsen, Francisco Frutos-Alfaro zu vergegenwärtigen
• "ENGE TÄLER". Eine Punkt-Masse Gravitationslinse-Simulation, Mark Boughen.
• Newbury, Pete, "Gravitationslensing". Institut für die angewandte Mathematik, die Universität des britischen Columbias.
• Cohen, N., "die Linse des Ernstes: Ansichten von der Neuen Kosmologie", Wiley and Sons, 1988.
• "Q0957+561 Gravitationslinse". Harvard.edu.
• "Gravitationslensing". Gsfc.nasa.gov.
• Brücken, Andrew, "Entferntester bekannter Gegenstand im entdeckten Weltall". The Associated Press. Am 15. Februar 2004. (Weiteste durch Gravitationslensing gefundene Milchstraße, mit Abell 2218 und Hubble Raumfernrohr.)
• Analyzing Corporations... und das Weltall Ein ungewöhnlicher Karriere-Pfad in Gravitationslensing.
• "HST Images von starken Gravitationslinsen". Zentrum des Harvards-Smithsonian für die Astrophysik.
• "Ein planetarisches microlensing Ereignis" und "Ein Jovian-Massenplanet im Microlensing Ereignis ÄUGELN 2005 BLG 071", die ersten Extrasonnenplanet-Entdeckungen mit microlensing LIEB.
• Gravitationslensing auf arxiv.org
• NRAO KLASSE Hausseite
• AT20G überblicken
• Eine Beugungsgrenze auf der Gravitationslinse-Wirkung (Bontz, R. J. und Haugan, M. P. "Astrophysik und Raumwissenschaft" vol. 78, Nr. 1, p. 199-210. August 1981)

Weiterführende Literatur

.

• Werkzeuge für die Einschätzung der Möglichkeiten, Parallaxe-Maße Gravitations-lensed Quellen (Stein Vidar Hagfors Haugan zu verwenden. Juni 2008)

Links

• Video: Evalyn Tore - das Fernrohr von Einstein: Die Suche nach Dunkler Sache und Dunkler Energie im Weltall, Präsentation in Portland, Oregon, am 19. April 2009, von der neuen Buchtour des Autors.
• Audio-: Fraser Kain und Dr Pamela Gay - Astronomie-Wurf: Gravitationslensing, Mai 2007