Библиография на тему "Гравитационные линзы" (конкурс библиографических работ)

Библиография Гравитационные линзы Учитель : Преснякова Любовь Владиславовна 1 Краснодар, 2016 2 Содержание Введение…………………………………………………………………………...3 1. Сущность эффекта гравитационного линзирования……………………….4 1.1 Физическая природа эффекта………………………….……...…………...4 1.2 Открытие и исследования гравитационных линз…....…………………...6 2. Открытия астрономов в наше время, касательно гравитационных линз…8 Заключение………………………………………………………………………11 Список использованной литературы……...……………………………………12       3 Введение При исследовании  космического пространства людям оказывает  невообразимо огромную помощь эффект гравитационного линзирования. Он  помогает увидеть объекты, не видимые напрямую,  и увеличивает их намного  сильнее любого телескопа. Это говорит о  полезности этого эффекта и его  актуальности для нынешних исследователей космоса. Найденная гравитационная линза помогает астрономам исследовать еще  больше планет, звезд, галактик и созвездий, которые остались бы  незамеченными нами при любых других применяемых методах. Понять этот эффект позволяет понимание законов относительности Альберта  Эйнштейна и воздействие гравитационных полей на частицы. Гравитационное линзирование­это использование эффекта искривления  лучей, проходящих вблизи массивных объектов. Скрытая масса­это невидимое вещество, проявляющее себя по  взаимодействию с видимым посредством сил тяготения Квазары­это одни из самых ярких объектов во Вселенной. Являются центрами самых мощных галактик со сверхмассивными черными дырами Целью данной работы является ознакомление с историей открытия этого  эффекта, законами физики, которыми этот эффект объясняется, и его  практическое применение астрономами в наше время Задачи исследования Изучение этапов становления теории гравитационных линз 4 1.Сущность эффекта гравитационного линзирования 1.1 Природа эффекта Рис.1 Воздействие гравитационного поля на свет Известно, что в природе существуют четыре основных взаимодействия:  электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. Гравитационное стоит  особняком, оно универсально: все частицы, независимо от состава, одинаково  ускоряются гравитационным полем, что соответствует фундаментальному  принципу общей теории относительности. Радиус его действия бесконечен —  от лаборатории до масштабов Солнечной системы и даже Вселенной. По теории Эйнштейна любое тело: планета, звезда, и т.д. создает вокруг себя  гравитационное поле. В пространстве это выглядит так: тело представляется  как мячик, который продавливает резиновый коврик.  И чем сильнее “мячик”  давит, тем сильнее этот “коврик” прогибается. И все то, что оказывается в  “продавленной зоне” притягивается к этому мячику. К слову сказать,  знаменитые черные дыры настолько тяжелы, что они растягивают  пространство как трубу, из которой ни что не может вырваться. Именно этот эффект: притягивание вещества гравитационным полем  5 космического тела, позволил осуществиться эффекту гравитационного  линзирования.                                                                                                                    Гравитационными линзами называют объекты, которые своим полем  тяготения искривляют световые лучи, проходящие вблизи, или сквозь них. Из­ за этого изображение может очень разнообразно трансформироваться:    от  простого искажения размеров до  представления тела в виде нескольких  отдельных изображений. Вообще подобными свойствами: собирать своим  гравитационным полем параллельный пучок света, как оптическая линза,  обладает любое тело, однако заметный для человеческого глаза и телескопов  эффект могут создавать только объекты огромной массы: звезды или  галактики. А вот черные дыры­нет. Они могли бы быть самыми сильными  гравитационными линзами, если бы не поглощали абсолютно весь свет. Эффект гравитационного линзирования может создать очень завораживающие изображения в телескопе, такие как Крест Эйнштейна:    гравитационно­ линзированное изображение квазара Q2237+030 который находится в  созвездии Пегас.  Расстояние до него составляет 8 млрд. световых лет 6 Рис.2 Изображение Креста Эйнштейна 2.2 Открытие и исследования гравитационных линз Эффект гравитационного линзирования впервые был обнаружен  американским астрофизиком Артуром Эддингтоном в 1919. Во время  солнечного затмения он наблюдал звезды, которые оказались дальше от диска  солнца, чем должны были быть, если бы свет от них распространялся по  прямой. Это наблюдение  подтвердило, что порция света, фотон, имеет массу, из за чего и притягивается гравитационными полями. Угол отклонения луча гравитационным полем солнца был высчитан по  формуле  Эйнштейн при подсчетах получил значение вдвое меньше, так как не учел  искривление пространства на тот момент.  и равен 1.75 градуса, причем изначально  В 1937  году Фриц Цвикки предложил использовать явление гравитационной  линзы, создаваемое скоплениями галактик для наблюдения далеких объектов  7 расположенных позади этих скоплений. Однако различать все эти искажения  и анализировать множество двойников небесных тел на тот момент оказалось  слишком сложной задачей для астрономов. Спустя 42 года, в 1979 г.  была обнаружена первая гравитационная линза:         изображение квазара Q0957+561. Это было раздвоенное изображение квазара  с красным смещением. Линзой оказалась гигантская галактика, оказавшаяся  между квазаром и Землей. И не удивительно, что первым обнаруженным  объектом оказался именно квазар, ведь это один из самых далеких, но  невероятно ярких объектов во Вселенной, поэтому наблюдать квазары  оказалось проще всего. Исследование изменения блеска квазара Q0957+561 позволило определить  постоянную Хаббла Постоянная Хаббла — коэффициент в законе Хаббла, выражающем линейную связь скорости разлета скоплений галактик в зависимости от расстояния до  них. Наиболее надёжная оценка постоянной Хаббла на 2013 год составляет  67,80 ± 0,77 км/с/Мпк. В начале 90х гг.  на скоплениях галактик стали наблюдаться гравитационные  линзы, как и предлагал в свое время Цвикки. По задержке переменности  излучения от изображения стали судить о расстоянии как до линзирующей  галактики, так и до источника света, а по характеру искажения о  распределении вещества в скоплении и его полной массе. Интересный факт №1: число изображений тела всегда должно быть  нечетным. Даже если, кажется, что изображений четное количество, то это значит, что  существует еще одно изображение, но оно может быть просто очень слабым и  тусклым. Видимо ученые  в 1979 году не увидели еще одно изображение  обнаруженного квазара и назвали его раздвоенным.                              В 1984 году произошло важное открытие: был теоретически сформулирован метод микролинзирования звезд 8 Гравитационное поле отдельных тел конечно слабее, а различие в разделении  изображений составляет всего лишь около 0,001 угловой секунды, однако  хорошо наблюдается изменение блеска линзируемой  звезды, вызванное  перемещением системы тел: Наблюдатель=>линза=>линзируемая звезда Эксперимент был проведен в1989 году астрономами Советского Союза из  Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга. Спустя два года к  этому же эксперименту приступили ученые США,  Австралии, Франции и Чили. Эксперимент был направлен на поиск элементов  микролинзирования. В качестве “поля” для экспериментов было Выбрано Магелланово Облако. В течение двух лет велось наблюдение за  несколькими миллионами звезд. В результате было обнаружено свыше 50  случаев их микролинзирования. Это означало то, что около звезд пролетали  темные небесные тела. Обработка всех данных показала, что около половины  скрытой массы во Вселенной состоит из темных, не излучающих объектов,  массы которых меньше солнечной, так как метод микролинзирования может  “искать” только тела массой от 10^­8 до 10^­3 масс солнца. Ученые до сих пор не могут распознать до конца природу этих небесных тел.  Предполагается, что это планеты похожие на Юпитер, или остывшие  “карлики”. Количество этих тел настолько велико, что они определяют  кривую вращения Млечного пути и содержат как минимум половину всей  массы нашей Галактики. Интересный факт №2: Гравитационные поля многих тел не обладают  сферической симметрией, как показано на Рис.1 .Именно поэтому могут  возникать несколько изображений объекта, с неодинаковой яркостью. Интересный факт №3: Так как гравитационные поля большинства объектов  не стационарные (т.е. изменчивые), то и направления светового луча  изменяется с течением времени. В результате на видимой картинке может  возникать “дрожание”. Этот эффект возникает из­за нестационарных  течений  воздуха, которые приводят к изменению траектории фотонов. Поэтому постоянное изменение направления светового луча вынуждает  астрономов пересматривать каталоги высокой точности каждые 30 лет, для  установления новой опорной сетки небесных координат. 9 Вывод: С открытием эффекта гравитационного линзирования изучать весьма  отдаленные уголки космоса стало еще проще. Появился независимый  астрономический метод, позволяющий получать информацию о являющейся  загадкой для астрономов темной материи, измерять ключевые  космологические параметры и наблюдать новые эффекты в движении  небесных тел, которые было бы невозможно исследовать любыми другими  астрономическими методами. 10 2. Открытия астрономов в наше время, касательно гравитационных линз В период с 2013 по 2014 год были найдены две самые большие  гравитационные линзы. Первая линза является галактикой J1000+0221,и  принадлежит к ранней Вселенной. Она была обнаружена международной  командой ученых в октябре 2013 года , при помощи орбитального телескопа  “Хаббл” Рис.3 Галактика J1000+0221 Вторая линза была найдена при помощи того же телескопа в июле 2014 года. Она представляет собой галактику IRC 0218 и расстояние до нее­ 9.6 млрд. световых лет. По этой цифре она обгоняет предыдущую галактику на 200млн лет. На сегодняшний день именно она является нашим “дверным глазком” в самые дальние уголки космоса 11 Ри с.4 Галактика IRC 0218 и показываемый ею объект (Синий) Гравитационное линзирование так же оказывает значительную помощь в  изучении черных дыр: Чтобы изучить внутренние области черной дыры, которая находится на  расстоянии несколько миллиардов световых лет, учёные использовали метод  гравитационного линзирования. По счастливой случайности, между нужным  участком черной дыры оказалась звезда, которая и сыграла роль естественной  линзы. Космические обсерватории «INTEGRAL», «Fermi» и «Swift»  использовали увеличительную мощь космической линзы в 2015 году, и изучив  участок неба ,который охватывает область примерно 100 расстояний от Земли до Солнца значительно продвинулись в изучении газовых струй и джетов  гамма лучей черных дыр. 12 Рис.5 Участок черной дыры PKS 1830­211. В этом же году,30 июня обсерватория “Keka” на Гавайях,  с помощью техники микролинзирования, открыла экзопланету в системе OGLE­2005­BLG­169,  размером с Уран, которая находится на значительном удалении от своей  звезды­600 млн. км. Масса родительской звезды составила около 70  процентов массы Солнца. Это открытие открыло новую веху в истории  астрономии: Теперь стало возможным искать планеты, которые находятся так же далеко от родительских звезд, как Сатурн и Уран от нашего Солнца.   13 Заключение С открытием эффекта гравитационного линзирования изучать весьма  отдаленные уголки космоса стало еще проще. Появился независимый  астрономический метод, позволяющий получать информацию о являющейся  загадкой для астрономов темной материи, измерять ключевые  космологические параметры и наблюдать новые эффекты в движении  небесных тел, которые было бы невозможно исследовать любыми другими  астрономическими методами. При исследовании  космического пространства людям оказывает  невообразимо огромную помощь эффект гравитационного линзирования. Он  помогает увидеть объекты, не видимые напрямую,  и увеличивает их намного  сильнее любого телескопа. Это говорит о  полезности этого эффекта и его  актуальности для нынешних исследователей космоса. Найденная гравитационная линза помогает астрономам исследовать еще  больше планет, звезд, галактик и созвездий, которые остались бы  незамеченными нами при любых других применяемых методах. 14 Список литературы 1.Энциклопедия для детей.Т.8. Астрономия. 2­е изд. Э68/испр. “Аванта”+  2001г.                                                                                                                          2. Энциклопедия для детей.Т.16. Физика Ч.2. “Аванта+” 2003г.                           3. В. Жаров. М. Сажин ;Гравитационное линзирование в астрономии.            “Наука в России” 2007г.   http://www.den­za­dnem.ru/page.php?article=324          4.Опыты подтверждающие теорию относительности  http://lib.ru/TEXTBOOKS/TEACH/Physics/node4.html                                            5.Научно­популярный интернет журнал InFuture.Ru Используемые статьи: http://www.infuture.ru/article/13554 http://www.infuture.ru/article/13734 http://www.infuture.ru/article/9731 http://www.infuture.ru/article/11488 15