Крест Эйнштейна: в космосе произошло то, что названо именем великого физика, но впервые предсказано советским ученым
В 1924 году советский физик из Ленинграда Орест Данилович Хвольсон опубликовал маленькую статью «О ложной двойной звезде». В ней говорилось, что гравитация массивного космического объекта создает оптическую иллюзию увеличения. Точно такой же эффект создает линза. Таким образом, находящийся за массивным объектом, другой объект показывается наблюдателю гипертрофированным. Подобный феномен называется «гравитационная линза».
Космическая подкова
Только вот в астрофизике это явление получило название по фамилии Эйнштейна, и лишь иногда к нему прибавляют фамилию Хвольсона. Дело в том, что Орест Данилович делал расчеты, основываясь на теории относительности Эйнштейна, которую тот сформулировал в 1915 году. Согласно ей, гравитация – не самостоятельное явление, а следствие того, что любое вещество, имеющее массу, искривляет ткань пространства-времени. Создается подобие воронки, которая затягивает все в себя. Чем массивнее объект, тем сильнее он искривляет пространство вокруг и все притягивает.
Хвольсон пошел дальше и понял, что свет, исходящий от других объектов, проходя мимо такой воронки, обогнет ее и разойдется в виде гало. Потом уже сам Эйнштейн составил формулу радиуса этой гравитационной линзы, зависящего от массы обоих объектов, расстояния, и того, который из них линзирует, а который увеличивается. Но в те времена все эти явления рассчитывали и излагали лишь в теории. И только в восьмидесятые годы прошлого века астрономы смогли их увидеть.
Так вот, гравитационная линза называется кольцом Эйнштейна, но иногда и космическая подкова, потому что не всегда она замыкается в полноценное кольцо. Например, в созвездии Льва, что в пяти миллиардах световых лет от нас, находится огромная галактика красноватого оттенка, массивнее Млечного пути раз в сто. За ней – космическая подкова, другая галактика, что удалена в два раза дальше.
Звездный крест
В космосе такие кольца и подковы встречаются повсеместно. Только с развитием современной оптики стало очевидно, что гравитационное линзирование создает еще более интересные иллюзии.
Недавно ученые нашли целое ложное созвездие в форме креста. Она не первая такая, но еще нет подтверждения тому, что это именно гравитационная линза. Да и вообще такие кресты крайне редки.
На полученном изображении видны четыре пятна голубого цвета, которые ореолом расположились вокруг оранжевой галактики, что на переднем плане. Предполагается, что фоновый свет исходит от квазара. В центре этой молодой галактики находится сверхмассивная черная дыра, поглощающая невероятное количество материи.
От нее исходит излучение, которое превосходит светимость самых ярких звезд в триллион раз. Этот феномен обнаружил прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument из Аризонской обсерватории в 2021 году. Астрономы приняли решение провести ряд дополнительных исследований и анализов, прибегнув к многоатомному спектроскопическому прибору Multi-Unit Spectroscopic Explorer, находящемся на огромном телескопе (VLT) в Чили. Они подтвердили то, что это действительно крест Эйнштейна.
Гравитационное умножение
Принцип их образования такой же, как у подков и колец. Взгляд наблюдателя, передний и задний объекты выстраиваются на одной линии. Однако свет дальней галактики не столь успешно огибает гравитационную воронку, и вместо круга визуализируются четыре точки. Линза – это передняя эллиптическая галактика. И получается, что она огромна и массивна, а та, что за ней – меньше, и она не просто зрительно увеличилась, а умножилась вчетверо.
Расположенная на переднем плане галактика находится в 6 миллиардах световых лет от Земли, а ею искривленная в 11 миллиардах световых лет. Такую дальнюю галактику, которая к тому же спряталась, не увидел бы даже Хаббл, не будь этого эффекта «увеличительного стекла».
Кроме того, все кольца Эйнштейна помогают «взвешивать» галактики и черные дыры. Потому что каждая галактика способна стать линзой, если окажется прямо перед другой. От силы ее гравитационного поля будет зависеть, с какой степенью искривится свет.