Гравитационная линза

Представь стакан с водой: посмотри сквозь него на карандаш — он кажется сломанным или смещённым. Это вода преломляет свет. А теперь представь, что то же самое делает пустое пространство.

Эйнштейн доказал в 1915 году: пространство — не просто пустота. Это гибкая ткань, которую искривляет любая масса. Как тяжёлый шар прогибает батут. Чем тяжелее объект — тем глубже прогиб вокруг него.

Когда свет от далёкой галактики летит мимо очень массивного объекта — он следует за изгибом пространства и отклоняется от прямой линии. Гравитация работает как линза. Этот эффект первым подтвердил Артур Эддингтон во время солнечного затмения 1919 года — звёзды рядом с Солнцем казались чуть-чуть сдвинутыми. Именно так, как и предсказал Эйнштейн.

Представь редкое совпадение: далёкая яркая галактика, за ней — ещё одна, ещё дальше. И ты на одной линии с обеими. Свет дальней галактики огибает ближнюю со всех сторон — и приходит к тебе кольцом. Дальняя галактика превратилась в кольцо Эйнштейна.

В 2023 году телескоп «Хаббл» сфотографировал почти идеальное кольцо Эйнштейна — галактика NGC 6505 создала светящееся кольцо вокруг другой галактики на расстоянии 4,4 миллиарда световых лет. Астрономы назвали его «Атлас» — в честь титана, держащего небосвод.

Если выравнивание не идеальное — вместо кольца получаются дуги. Или несколько копий одной галактики! Вселенная создаёт себе зал кривых зеркал.

Самый большой земной телескоп — 39 метров в диаметре. Это рекорд. Но природа создала кое-что поинтереснее: скопление галактик, которое весит как несколько квадриллионов Солнц — это телескоп диаметром в миллионы световых лет.

Скопление Абель 2744 вместе с телескопом Джеймс Уэбб усиливает свет далёких галактик в десятки раз. Это делает видимыми объекты, которые без природного «увеличения» были бы полностью невидимы.

Благодаря этому природному телескопу астрономы увидели звезду Эарендель — самую далёкую отдельную звезду в истории наблюдений. Её свет шёл к нам 12,9 миллиарда лет. Вселенной тогда было меньше миллиарда лет от роду. Без гравитационного линзирования мы никогда бы о ней не узнали.

Есть кое-что, что нельзя увидеть ни на каком телескопе — тёмная материя. Она не светится, не отражает свет. Но она составляет 27% всей Вселенной. Как её изучать?

Через гравитацию! Тёмная материя обладает массой — значит, изгибает пространство и линзирует свет. Наблюдая, как искажается свет далёких галактик, учёные могут точно подсчитать, сколько массы в скоплении — в том числе невидимой.

В скоплении «Пуля» два скопления галактик прошли сквозь друг друга. Гравитационное линзирование показало: большая часть массы обоих скоплений находится не там, где видимые звёзды. Она осталась там, где должна быть тёмная материя. Это одно из прямейших доказательств её существования.

Хочешь увидеть гравитационную линзу дома? Возьми бокал из-под вина или высокий стакан с толстым дном. Посмотри сквозь дно на далёкий источник света — свечу или лампочку. Изогнутое стекло преломит свет так же, как это делает гравитация в космосе!

Ты увидишь искажённое, вытянутое в кольцо изображение — точная аналогия кольца Эйнштейна. Физики сами используют этот трюк, когда объясняют студентам гравитационное линзирование.

А в небе прямо сейчас тысячи микролинзирований: когда одна звезда проходит перед другой, та на несколько недель становится ярче. Проект OGLE следит за миллионами звёзд в центре нашей галактики, чтобы поймать эти вспышки. Именно так открыли несколько планет-бродяг — планет без звезды, которые одиноко бредут в межзвёздном пространстве.