Lensa gravitasi

Bagaimana massa membelokkan cahaya menjadi cincin, salib, dan busur, dan membiarkan kita menimbang apa yang tak terlihat

Tonton dalam 3D

Langkah demi langkah

Massa membelokkan cahaya

Untuk Matahari, pembelokannya kecil. Untuk seluruh galaksi, atau gugus galaksi, cukup besar untuk terlihat: massa bekerja seperti lensa yang tidak rata, dan cahaya dari sesuatu yang jauh di belakangnya bisa sampai kepada kita dari lebih dari satu arah. Di sini titik gelap adalah lensa (digambar), dan galaksi di belakangnya terlihat dua kali.

Menyejajar

Saat galaksi di belakang bergeser segaris dengan lensa, dua bayangannya berputar mengitari lensa, memanjang dan makin terang, lalu menyatu menjadi cincin.

Persamaan lensa mengatakan dari mana cahaya tampak berasal. Ketika sumber sedikit menyimpang dari garis, ada dua bayangan, satu di tiap sisi lensa, busur panjang di sisi yang jauh dan satu pendek di dekat pusat. Makin dekat segarisnya, makin memanjang bayangannya, dan makin terang.

Pada kesejajaran sempurna kedua bayangan menjadi lingkaran penuh, cincin Einstein. Jari-jarinya, jari-jari Einstein, bertambah dengan akar kuadrat massa lensa. Anda bisa mencobanya: menyeret gambar mendorong galaksi di belakang melintasi lensa, dan bayangannya mengikuti.

Salib Einstein

Setiap bayangan menerang dan memudar sendiri-sendiri, karena bintang-bintang tunggal di galaksi lensa melintas di depannya dan membelokkannya lagi. Para astronom memakai kerlipan itu untuk mempelajari cakram kuasar, wilayah selebar hanya hari-cahaya yang tak bisa dilihat langsung teleskop mana pun.

Menimbang materi gelap

Tim Clowe mempelajarinya pada 2006. Cahaya merah muda adalah gas panas, terlihat dalam sinar-X, yang menyimpan sebagian besar materi biasa; yang biru adalah massa yang ditemukan lensa. Keduanya digambar di sini di tempat pengukurannya: massa tidak berada di tempat gas berada.

Gas diperlambat oleh tabrakan, seperti dua awan asap. Massa terus bergerak bersama galaksi, seolah sesuatu yang menembus dirinya sendiri. Ini salah satu bukti terbaik bahwa sebagian besar materi itu gelap dan nyaris tidak berinteraksi, dan sulit dijelaskan hanya dengan mengubah gravitasi.

Sebuah bintang yang terlihat menembus waktu

Pada 2022 tim Welch menemukan Earendel dalam sebuah busur, Busur Matahari Terbit, yang direntangkan sebuah gugus dari galaksi pada pergeseran merah 6,2. Tepat di garis tempat lensa paling kuat, pembesarannya mencapai ratusan atau ribuan kali, cukup untuk menunjukkan satu bintang pada jarak yang tak mungkin terlihat bintangnya.

Lensa adalah teleskop alami, dan Teleskop Luar Angkasa James Webb memakai gugus dengan cara ini untuk gambar terdalamnya. Apakah Earendel satu bintang atau beberapa masih diteliti. Yang ditunjukkan gambar adalah satu titik cahaya, digambar pada busur tempat ia ditemukan.