Kaip pamatyti nematomą?

Teksto autorius – dr. Marius Maskoliūnas.

Sunkiai įsivaizduojama, tačiau tiesa – masyvūs kūnai iškreipia erdvę. Bet jų masė turi būti milžiniška. Tą sugeba tik tokie dangaus kūnai kaip juodosios skylės (vadinamos ir bedugnėmis), neutroninės žvaigždės ar ištisos galaktikos. Jeigu šie objektai dėl savo masės nukreipia tolimesnio šviesos šaltinio, dažniausiai kitos tolimos žvaigždės, spinduliuojamą šviesą nuo tiesaus kelio, tuomet tarp Žemėje esančio stebėtojo ir tolimo šviesos šaltinio susiformuoja didžiulis gravitacinis lęšis. Jis labai sustiprina tolimo šaltinio šviesą, bet pats išlieka nematomas. Jei toks tolimas šaltinis gerai žinomas, astronomai tyrinėdami kaip pasikeitė pro lęšį praėjusi šviesa, gali pasakyti, kas yra tas lęšis. Būtent tokiu būdu teleskopu „Hubble“ pavyko pastebėti kelias anksčiausiai susiformavusias, itin toli nuo mūsų esančias galaktikas.
Gravitacinio lęšio egzistavimą numatė Alberto Einšteino sukurta bendroji reliatyvumo teorija. Tačiau prireikė kelių dešimtmečių, kol 1979 m. tyrinėjant kvazarą Q0957+561, buvo patvirtintas gravitacinio lęšio egzistavimo efektas.
Šis terminas reiškia didelės masės kūno ar kūnų (pvz., žvaigždžių spiečių, galaktikų) gravitacinį lauką, tam tikromis sąlygomis veikiantį kaip lęšis ir fokusuojantį tolimo šaltinio spindulius. Terminas Gravitacinis mikrolęšis, ar tiesiog mikrolęšis yra panašus reiškinys. Jis atsiranda, kai žvaigždė ar kitas masyvus kūnas atsiduria tiksliai linijoje kitos, tolimesnės žvaigždės atžvilgiu. Tokio praėjimo metu, priklausomai nuo visų kūnų dinamikos, tolimos žvaigždės spindesys kelioms dienoms ar savaitėms, o kartais net metams sustiprėja. Pagal tai, kaip keičiasi žvaigždės spindesys, pritaikius matematinius modelius, sužinoma nematomo kūno masė. Tai ir yra gamtos užkoduotas gravitacinio lęšio ar mikrolęšio žavesys, kai nematomas kūnas tarsi tampa „matomas“. Pritaikius fizikos dėsnius, galima tą kūną netgi „pasverti“.
Iš žvaigždžių evoliucijos teorijos žinoma, kad masyvios žvaigždės galiausiai virsta juodosiomis skylėmis ar neutroninėmis žvaigždėmis. Tai silpnos spinduliuotės objektai, turintys masę. Problema ta, kad tokius pavienius objektus sunku pastebėti tiesiogiai net naudojant pačius galingiausius teleskopus. Negana to, reikia žinoti kur nukreipti teleskopą yra didesnė tikimybė atrasti tokį paslaptingą objektą. Laimė, astronomai plačiai naudoja įvairias dangaus apžvalgas, taip pat sudarytas remiantis GAIA kosminio teleskopo gautais duomenimis. Projektas GAIA, kuriame dalyvauja ir Lietuvos astronomai, mikrolęšių paieškai naudingas todėl, kad periodiškai skenuoja visą dangų ir fiksuoja žvaigždžių spindesio kitimą. Vienas pirmųjų su GAIA atrastų mikrolęšio įvykių yra pavadintas „Gaia16aye“. Tai išskirtinis atvejis, nes mikrolęšio efektą greičiausiai sukuria dvi nematomos ir silpnos, besisukančios aplink bendrą masės centrą žvaigždės.
Taigi, gravitacinio lęšio efektą galima taikyti nematomiems Visatos kūnams tirti. Bet ar galima gravitaciją „įdarbinti“ mažesnės masės kūnų, pavyzdžiui egzoplanetų paieškai? Pasirodo, kad taip. 2003 metais dvi astronomijos observatorijos Čilėje ir Naujojoje Zelandijoje pirmą kartą atrado naują egzoplanetą, stebint mikrolęšio įvykį. Šiandien NASA kuria kosminį teleskopą, Wide Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST), kurį planuoja paleisti 2025 m. Vienas iš misijos tikslų – egzoplanetų paieška mikrolęšio būdu. Nors gravitacinio lęšio ar mikrolęšio taikymas astronomijoje yra naujovė, tačiau suteikia unikalių perspektyvų sunkiai matomų objektų paieškai.

Plačiau apie šį metodą ir naujausius atradimus išgirsite nuotolinėje dr. Mariaus Maskoliūno paskaitoje „Gravitacinis lęšis – nematomų Visatos objektų teleskopas“ rugsėjo 14 d. 13 val.

Foto: Nuotraukos centre matote raudonos spalvos galaktiką, kurios masė iškreipė kur kas labiau nutolusios, už jos esančios mėlynosios galaktikos šviesą. Dėl šio efekto pastaroji galaktika tapo panaši į pasagą – beveik tobulą žiedą.
ESA/Hubble & NASA