GRAVITACIONA SOČIVA: od ideje do primene (deo treći)

Pred vama je treći, završni, deo o gravitacionim sočivima. Osnovni koncept je iznet u prvom delu, dok su vrste gravitacionih sočiva i njihovi posmatrani fenomeni detaljno opisani u drugom delu. Sledi priča o njihovim najznačajnijim primenama.

Slika 1. Jato galaksija Abel 2218 (Abell 2218 ). Izvor: Wikimedia.

U dosadašnjim razmatranjima efekata gravitacionih sočiva u par navrata je pomenut značaj ovog fenomena kao prirodnog teleskopa koji nam omogućava da zavirimo u najdublja kosmička prostranstva. Kada ulogu gravitacionog sočiva vrši masivno jato galaksija onda se likovi veoma udaljenih izvora javljaju u obliku velikih svetlih lukova (Slika 1). Merenje crvenih pomak tih udaljenih galaksija dalo nam je potvrdu o teoriskoj pretpostavci porekla samih objekata, ali što je još važnije i sliku njihovog prostornog rasporeda. Utvrđeno je da su crveni pomaci lukova daleko veći od crvenog pomaka jata, što je u direktnoj vezi sa udaljenostima od nas. Merenje rastojanja do objekata je veliki problem u astronomiji, naučnici se dovijaju na razne načine da izmere, izračunaju ili u najgorem slučaju procene njene vrednosti, pa svaki metod je od izuzetnog značaja. Nažalost, iz ovog propačuna dobijamo da su te galaksije nastale svega par stotina miliona godina posle Velikog praska što je nedovoljno vreme za formiranje galaksija. Postoje razni pristupi za prevazilaženje ovog problema: od poništavanja Teorije velikog praska do njenog revidiranja, ali najverovatnije rešenje je da na ovako velikim crvenim pomacima postoje dodatni efekti koji utiču na preciznost merenja.

Slika 2. Model gravitacionog mikrosočiva. Izvor: JPL/NASA.

Na prethodnoj animaciji je prikaz gravitacionih mikrosočiva (Slika 2). Kod jakih gravitacionih sočiva pričamo o efektima koje izazivaju mase od reda galaksije do reda jata galaksija, dok kod mikrosočiva razmatramo mase reda zvezda. S ozbirom na daleko manje mase sočiva, očekivane posledice nisu spektakularne već je reč samo o detekciji povećanje intenziteta sjaja pozadinskog izvora.

Gravitaciona mikrosočiva imaju važnu ulogu u otkrivanju ekstrasolarnih planeta. Ako posmatramo neki pozadinski izvor pomoću gravitacionog sočiva koje je zvezda, za rezultat imamo određeno pojačanje intenziteta zračenja tog izvora. Ako pak, zvezda-sočivo ima planetu koja kruži oko nje tada će doći do dodatne promene u intenzitetu, tj. i planeta ima ulogu gravitacionog mikrosočiva (mali pik na grafiku fluksa zračenja na Slici 3, desno). U realnom slučaju se ne dobijaju jasno odvojeni likovi već varijacije u intenzitetu zračenja. Na osnovu tih varijacija se detektuje planeta i njene glavne veličine (radijus, masa, udaljenost od zvezde). Do sada je otkriveno oko 50 planeta ovom metodom i dobar deo njih leži u habitabilnoj zoni. Ta činjenica predstavlja glavnu prednost ovog metoda nad ostalim koji uglavnom otkrivaju planete gasne džinove na malom rastojanju od zvezde.

Slika 3. Model gravitacionog mikrosočiva: usamljena zvezda, levo; zvezda sa planetom, desno. Izvor: @tellurian.

Takođe, značaj fenomena gravitacionih sočiva se ogleda i u detekciji tamne materije. Tamna materija je nevidljiv oblik materije čija priroda nam nije dovoljno poznata, a procenjuje se da je ima čak 5 puta više nego vidljive materije. Tamna materija ne može biti posmatrana direktno, a jedan od indirektnih načina posmatranja je pomoću efekta slabih gravitacionih sočiva. Uticaj slabih sočiva na pozadinske objekte manifestuje se skretanjem svetlosti usled zakrivljenja prostora koji se nalazi između izvora i posmatrača. Dakle, na putu svetlosnog snopa se nalaze objekti tamne materije koji zakrivljuju prostor i dolazi do distorzije snopa, detektujući tu distorziju mi detektujemo raspodelu tamne materije. Poznavanje količine tamne materije je od velike važnosti jer od toga zavisi količina ukupne materije, odnosno sudbina Svemira (Slika 4).

Slika 4. Svemir na velikoj skali. Izvor: Wikipedia.

Nadovezujući se na prethodno, jaka gravitaciona sočiva nam omogućavaju da saznamo u kakvom Svemiru živimo, odnosno koji kosmološki model je najrealniji. Kosmološki model se opisuje sa četiri parametara i svi oni se mogu odrediti pomoću razmatranih gravitacionih fenomena. Najpoznatiji, zvani prvi parametar, je Hablova konstanta, a računa se na osnovu kašnjenja signala sa različitih likova izvora što je posledica različitih putanja tih signala. Vrednosti Hablove konstante dobijene ovom metodom se poklapa sa vrednostima dobijenim drugim metodama.

Slika 5. Primer Ajnštajnovog prstena. Izvor: Wikimedia.

Jedan od najpouzdanijih načina za određivanja mase nekog objekta je ukoliko sam objekat predstavlja gravitaciono sočivo. Ako sočivo stvara višestruke likove, određivanje mase se vrši na osnovu rastojanja između likova. U slučaju Ajnštajnovog prstena (Slika 5) meri se njegov radijus iz čega se veoma precizno procenjuje masa sočiva, dok se masa jata (Slika 1) galaksija dobija iz veličina svetlih lukova. Takođe, na osnovu geometrijske konfiguracije sistema gravitacionog sočiva može se odrediti i struktura galaksije-sočiva.

Slika 6. Laser Paranal opservatorije pokazuje centar Mlečnog puta. Izvor: Wikipedia.

Ovo svakako nije kraj liste, pre samo početak. Mnoga spektakurana otkrića se očekuju sa novim misijama. Trenutna naučna javnost upire pogled u Maks Plank institut koji bi ubrzo trebao predstaviti prvu sliku našeg galaktičkog centra u kojoj se nalazi masivna crna rupa reda 4 miliona solarnih masa. Do tada možete potražiti samo umetničke prikaze.

Hvala svima koji su bili sa mnom na ovom svemirskom putovanju po zakrivljenom prostoru.
Moj naklon.