Gravitační čočka

Gravitační čočka je astronomický pojem užívaný pro objekt s intenzivním gravitačním polem, který se nachází mezi pozorovatelem a zdrojem světla či jiného záření, přičemž tento objekt svým gravitačním polem zakřivuje paprsky vycházející ze zdroje podobně, jak tomu je u spojná čočky.

Proces ohybu světla v gravitačním poli (a jevy s ním související) se označují jako gravitační čočkování. Ohyb světla v gravitačním poli byl předpovězen na základě obecné teorie relativity.

Popis

Gravitační čočka.

Gravitační čočkou může být libovolný velmi hmotný objekt, např. černá díra, supermasivní černá díra, obří eliptická galaxie, hnízdo galaxií nebo kvasar.

Velikost ohybu světla závisí na vzdálenosti procházejícího paprsku od gravitační čočky - k největšímu ohybu dochází v těsné blízkosti objektu a se vzdáleností se vliv čočky změnšuje, takže v určité vzdálenosti jej lze již zanedbat (to je rozdíl oproti klasické optické čočce). Důsledkem této skutečnosti je to, že paprsky procházející v různých vzdálenostech mají různá ohniska.

Pokud se pozorovatel, zdroj a gravitační čočka nachází na společné ose, bude se pozorovateli zdroj světla jevit jako kroužek obepínající gravitační čočku. Tento jev je v gravitačním čočkování poměrně vyjímečný a bývá označován jako Einsteinův prsten. Běžnější je případ, kdy gravitační čočka neleží přímo na ose spojující pozorovatele a zdroj. V tomto případě může vzniknou více obrazů zdroje v závislosti na poloze gravitační čočky.

Rozlišují se tři druhy gravitačního čočkování:

• silné čočkování - U silného čočkování jsou dobře rozlišitelné jednotlivé obrazy. V tomto případě bývá gravitační čočkou galaxie nebo kupa galaxií a zdrojem světla kvasar nebo galaxie.
• slabé čočkování - Při slabém čočkování dochází k pouze k malému narušení světelných zdrojů, které lze zjistit pouze analýzou velkého počtu objektů.
• mikročočkování - U mikročočkování splývají jednotlivé obrazy do jednoho světelného bodu. V tomto případě je obvykle čočkou hvězda.

Historie

Obecná teorie relativity předpovídá ohyb světla v gravitačním poli hmotných zdrojů. Tato teoretická předpověď byla potvrzena v roce 1919 během pozorování zatmění Sluncem, kdy Arthur Eddington pozoroval, že paprsky hvězd nacházejících se blízko Slunci byly mírně vychýleny z předpokládané polohy (hvězdy, jejichž světlo procházelo v blízkosti Slunce se tedy zdály být na jiném místě, než by být měly).

Albert Einstein si uvědomil, že při vhodném uspořádání zdroje světla, pozorovatele a objektu, který je zdrojem gravitačního pole, může tento objekt ohýbat světlo podobným způsobem, jako by se mezi zdrojem světla a pozorovatelem nacházela čočka. Článek o tomtu jevu publikoval Einstein v roce 1937. Einstein předpokládal, že tento jev bude vzácný a je nepravděpodobné, že jej bude možné pozorovat.

Světlo v okolí velmi hmotného objektu může být ohnuto natolik, že se kolem něj několikrát obtočí než se vydá směrem k pozorovateli. Při gravitačním čočkování je tedy možné pozorovat nejen jeden obraz, ale více obrazů jednoho světelného zdroje.

V roce 1937 navrhl Fritz Zwicky jako možný zdroj gravitačního pole pro gravitační čočkování galaxie, což podle jeho výpočtů mělo umožnit zachycení tohoto jevu.

První pozorování tohoto jevu se však podařilo až v roce 1979 při pozorování kvasaru Q0957+561. Mikročočkování bylo poprvé pozorováno v roce 1989 na kvasaru QSO2237+0305.

Související články

• Obecná teorie relativity
• Elektromagnetické záření