Noční obloha přitahuje a dojímá člověka mnoha hvězdami. Amatérský dalekohled může vidět mnohem větší rozmanitost objektů hlubokého vesmíru - množství kup, kulových i rozptýlených, mlhovin a blízkých galaxií. Existují však mimořádně velkolepé a zajímavé jevy, které dokážou detekovat pouze výkonné astronomické přístroje. Mezi takové poklady vesmíru patří události gravitační čočky a mezi ně patří i takzvané Einsteinovy kříže. Co to je, zjistíme v tomto článku.
Vesmírné čočky
Gravitační čočka je vytvořena silným gravitačním polem objektu s významnou hmotností (například velké galaxie), náhodně zachyceného mezi pozorovatelem a nějakým vzdáleným zdrojem světla - kvasarem, jinou galaxií nebo jasnou supernova.
Einsteinova teorie gravitace považuje gravitační pole za deformace časoprostorového kontinua. Podle toho jsou také čáry, podél kterých se šíří světelné paprsky v nejkratších časových intervalech (geodetické čáry).jsou ohnuté. Výsledkem je, že pozorovatel vidí obraz zdroje světla určitým způsobem zdeformovaný.
Co je to „Einsteinův kříž“?
Povaha zkreslení závisí na konfiguraci gravitační čočky a na její poloze vzhledem k linii pohledu spojující zdroj a pozorovatele. Pokud je čočka přísně symetrická na ohniskové čáře, deformovaný obraz se ukáže jako prstencový, pokud je střed symetrie posunutý vzhledem k čáře, pak lze takový Einsteinův prstenec rozdělit na oblouky.
Při dostatečně silném posunu, kdy se vzdálenosti pokryté světlem výrazně liší, vytváří čočka obraz s více tečkami. Einsteinův kříž, na počest autora obecné teorie relativity, v jejímž rámci byly jevy tohoto druhu předpovídány, se nazývá čtyřnásobný obraz čočkového zdroje.
Kvasar ve čtyřech tvářích
Jedním z nejvíce „fotogenických“čtyřnásobných objektů je kvasar QSO 2237+0305 patřící do souhvězdí Pegasa. Je velmi daleko: světlo vyzařované tímto kvasarem cestovalo více než 8 miliard let, než dopadlo na čočky kamer pozemních a vesmírných dalekohledů. V souvislosti s tímto Einsteinovým křížem je třeba mít na paměti, že se jedná o vlastní jméno, i když neoficiální, a píše se s velkým písmenem.
V horní části fotografie je Einsteinův kříž. Centrální skvrna je jádrem čočkové galaxie. Snímek byl pořízen vesmíremHubbleův dalekohled.
Galaxie ZW 2237+030, fungující jako čočka, je 20krát blíže než samotný kvasar. Zajímavé je, že v důsledku dodatečného čočkovacího efektu produkovaného jednotlivými hvězdami a možná i hvězdokupami nebo masivními plynovými a prachovými mračnami v jejich složení podléhá jasnost každé ze čtyř složek postupným a nerovnoměrným změnám.
Různé tvary
Možná neméně krásný je kvasar se zkříženými čočkami HE 0435-1223, téměř na stejnou vzdálenost jako QSO 2237+0305. Gravitační čočka zde vlivem zcela náhodného souboru okolností zaujímá takovou pozici, že všechny čtyři snímky kvasaru jsou umístěny téměř rovnoměrně a tvoří téměř pravidelný kříž. Tento mimořádně velkolepý objekt se nachází v souhvězdí Eridani.
A konečně zvláštní příležitost. Astronomové měli to štěstí, že na fotografii zachytili, jak mocná čočka - galaxie v obrovské kupě v popředí - vizuálně nezvětšila kvasar, ale výbuch supernovy. Jedinečnost této události spočívá v tom, že supernova je na rozdíl od kvasaru krátkodobý jev. K explozi, přezdívané supernova Refsdal, došlo ve vzdálené galaxii před více než 9 miliardami let.
O nějaký čas později, k Einsteinovu kříži, který posílil a znásobil starověkou hvězdnou explozi, o něco dále, byl přidán další pátý snímek, opožděný kvůli zvláštnostem struktury čočky a mimochodem předpovězenýpředem.
Na obrázku níže můžete vidět „portrét“supernovy Refsdal, vynásobený gravitací.
Vědecký význam fenoménu
Jev, jako je Einsteinův kříž, samozřejmě nehraje pouze estetickou roli. Existence objektů tohoto druhu je nezbytným důsledkem obecné teorie relativity a jejich přímé pozorování je jedním z nejzřejmějších potvrzení její platnosti.
Spolu s dalšími účinky gravitační čočky přitahují velkou pozornost vědců. Einsteinovy kříže a prstence umožňují studovat nejen tak vzdálené zdroje světla, které by bez čoček nebylo možné vidět, ale i strukturu samotných čoček – například rozložení temné hmoty v kupách galaxií.
Studium nerovnoměrně naskládaných čočkových snímků kvasarů (včetně křížových) může také pomoci zpřesnit další důležité kosmologické parametry, jako je Hubbleova konstanta. Tyto nepravidelně tvarované Einsteinovské prsteny a kříže jsou tvořeny paprsky, které v různých časech urazily různé vzdálenosti. Porovnání jejich geometrie s kolísáním jasu proto umožňuje dosáhnout velké přesnosti při určování Hubbleovy konstanty, a tím i dynamiky vesmíru.
Jedním slovem, úžasné jevy vytvářené gravitačními čočkami jsou nejen příjemné pro oči, ale hrají také vážnou roli v moderních vesmírných vědách.
