Световые годы в поперечнике ? Простой . Используйте гравитацию .

В 1936 году Альберт Эйнштейн, после настоятельных призывов астроном - любитель,
Руди Мандл, опубликован краткий документ в журнале Наука под названием
“ LensLike действие звезды при отклонении света в гравитационном поле ”.
В этой краткой заметке Эйнштейн свидетельствует тот примечательный факт, что само пространство
может действовать как линза, преломляя свет и увеличивая его, так как линзы в
мои собственные очки для чтения.

Это было более доброе, мягкое время в 1936 году, и интересно прочитать
неофициальное начало статьи Эйнштейна, которая все - таки была опубликована в
известном научном журнале: “ Некоторое время назад Р. В. Мандл нанес мне
визит и попросил опубликовать результаты небольшого расчета, который я
сделал по его просьбе. Эта записка соответствует его желанию ". Возможно, эта
неформальность была дана ему потому, что он был Эйнштейном, но я предпочитаю
полагать, что это был продукт эпохи, когда научные результаты еще не были известны.
всегда выражается языком, далеким от общего языка.

Во всяком случае, тот факт, что свет движется по искривленным траекториям, если само пространство
искривляется в присутствии материи, был первым значительным новым предсказанием
общей теории относительности и открытием, которое привело к международной славе Эйнштейна,
как я уже упоминал. Так что это, пожалуй, не так уж и удивительно (как было совсем недавно

в 1912 году, задолго до того, как Эйнштейн завершил
свою общую теорию относительности, он выполнил расчеты — пытаясь
найти какое — нибудь наблюдаемое явление, которое убедило бы астрономов проверить
его идеи, - которые были по существу идентичны тем, которые он опубликовал в 1936 году по
просьбе мистера Мандла. Возможно, из
- за того, что в 1912 году он пришел к тому же выводу, что и в своей статье 1936 года, а именно: “ нет большой возможности
наблюдать это явление ”, он так и не удосужился опубликовать свою предыдущую работу.
На самом деле, изучив его записные книжки за оба периода, мы не можем
с уверенностью сказать, что позже он даже вспомнил, что делал первоначальные расчеты
двадцать четыре года назад.

То, что сделал Эйнштейн признает в обоих случаях заключается в том, что искривление
света в гравитационном поле может означать, что, если яркий объект находится
далеко позади промежуточным распределением масс, световые лучи идут в
разных направлениях могут огибать промежуточные распределение и
снова сходятся, как они делают, когда они оказываются в нормальный объектив, производить
или увеличение исходного объекта или производства многочисленных
копий изображения исходного объекта, некоторые из них могут быть искажены (см.
рисунок ниже).

Когда он рассчитал предсказанные эффекты для линзирования далекой звезды
промежуточной звездой на переднем плане, эффект был настолько мал, что оказался

абсолютно неизмеримо, что и привело его к упомянутому
выше замечанию — что вряд ли такое явление когда - либо можно было
наблюдать. В результате Эйнштейн пришел к выводу, что его работа имеет мало практической
ценности. Как он выразился в своем сопроводительном письме тогдашнему редактору Science:
“ Позвольте мне также поблагодарить вас за сотрудничество с небольшим изданием,
которое мистер Мандл выжал из меня. Это не имеет большой ценности, но делает
беднягу счастливым.

Эйнштейн, однако, не был астрономом, и нужно было понять
, что эффект, предсказанный Эйнштейном, может быть не только измеримым, но и
полезным. Его полезность заключалась в применении его к линзированию далеких объектов
гораздо более крупными системами, такими как галактики или даже скопления галактик, а не к
линзированию звезд звездами. В течение нескольких месяцев после публикации Эйнштейна
блестящий астроном из Калифорнийского технологического института Фриц Цвикки представил в Physical
Review статью, в которой он продемонстрировал практичность именно этого
возможность (а также косвенно упрекнуть Эйнштейна в его невежестве
относительно возможного эффекта линзирования галактиками, а не звездами).

Цвикки был вспыльчивым человеком и опередил свое время. Еще в
1933 году он проанализировал относительное движение галактик в скоплении Кома
и определил, используя законы движения Ньютона, что галактики
двигались так быстро, что они должны были разлететься, разрушая скопление,
если только в скоплении не было намного больше массы, чем в 100 раз,
чем можно было бы объяснить только звездами. Таким образом, его следует
рассматривать как открывшего темную материю, хотя в то время его
вывод был настолько замечательным, что большинство астрономов, вероятно, чувствовали, что
может быть какое - то другое, менее экзотическое объяснение полученному им результату.

Одностраничная статья Цвикки в 1937 году была столь же замечательной. Он предложил
три разных использует для гравитационное линзирование: (1) проверка общей теории относительности,
(2), используя промежуточные галактик как некий телескоп, чтобы увеличить более
далекие объекты, которые в противном случае были бы невидимыми для телескопов на земле, и,
самое главное, (3) решение тайну, почему кластеры появляются весят
больше, чем может объясняться видимой материи: “ наблюдения по
отклонению света вокруг туманности могут обеспечить наиболее прямой
определение массы туманности и прояснение вышеупомянутого
несоответствия ".

Статье Цвикки уже семьдесят четыре года, но она читается как
современное предложение об использовании гравитационного линзирования для исследования Вселенной.
В самом деле, каждое его предложение сбылось, и окончательная

один из них - самый значительный из всех. Гравитационное линзирование далеких квазаров
промежуточными галактиками впервые наблюдалось в 1987 году, а в 1998 году, через шестьдесят один
год после того, как Цвикки предложил взвешивать туманности с помощью гравитационного линзирования,
масса большого скопления была определена с помощью гравитационного линзирования.

В том же году физик Тони Тайсон и его коллеги из ныне несуществующей
лаборатории Белла (имевшей столь благородную и нобелевскую традицию великой науки,
от изобретения транзистора до открытия космического
микроволнового фонового излучения) наблюдали далекое большое скопление,
красочно обозначенное CL 0024 + 1654, расположенное примерно в 5 миллиардах световых лет.
На этом прекрасном снимке с космического телескопа Хаббл, эффектном
примере многократного изображения далекой галактики, расположенной еще на 5 миллиардов
световые годы позади скопления можно увидеть как сильно искаженные и вытянутые
изображения среди других, как правило, более круглых галактик.

Созерцание этого образа дает пищу для воображения. Во - первых, каждая точка
на фотографии - это галактика, а не звезда. Каждая галактика содержит, возможно, 100 миллиардов
звезд, вместе с ними, вероятно, сотни миллиардов планет и, возможно
, давно исчезнувшие цивилизации. Я говорю " давно утраченный ", потому что изображению 5 миллиардов
лет. Свет был испущен за 500 миллионов лет до того, как образовались наше Солнце и Земля
. Многие звезды на фотографии больше не существуют, исчерпав
свое ядерное топливо миллиарды лет назад. Кроме того, искаженные изображения
показать в точности, что, по мнению Цвикки, было бы возможно. Большие искаженные
изображения слева от центра изображения сильно увеличены (и

удлиненные) версии этой далекой галактики, которые в противном случае, вероятно
, вообще не были бы видны.

Работа в обратном направлении от этого изображения для определения лежащего
в основе распределения массы в кластере представляет собой сложную и сложную математическую
задачу. Чтобы сделать это, Тайсону пришлось построить компьютерную модель скопления и
проследить лучи от источника через скопление всеми возможными различными
способами, используя законы общей теории относительности, чтобы определить соответствующие
пути, пока полученная ими подгонка наилучшим образом не соответствовала
наблюдениям исследователей. Когда пыль улеглась, Тайсон и его коллеги получили новый отчет.
графическое изображение, которое точно показывало, где находится масса в этой
системе, изображено на оригинальной фотографии:

Что - то странное происходит в этом образе. Всплески на графике
представляют расположение видимых галактик на исходном изображении, но большая
часть массы системы расположена между галактиками в гладком темном
распределении. На самом деле между галактиками находится более чем в 40 раз больше массы
, чем содержится в видимой материи в системе (в 300 раз
больше массы, чем содержится в одних только звездах с остальной видимой материей в
горячем газе вокруг них). Темная материя явно не ограничивается галактиками, но...
также доминирует плотность скоплений галактик.