重力レンズ

質量が光をリングや十字や弧に曲げ、見えないものを量らせてくれるしくみ

ステップごとに

太陽ではその曲がりはごくわずかです。しかし銀河全体や銀河団なら、見えるほど大きくなります。質量は不均一なレンズのように働き、そのはるか後ろにあるものの光は、複数の方向から私たちに届くことがあります。ここでは暗い点がレンズ(描画)で、その後ろの銀河が2つに見えています。

後ろの銀河がレンズと一直線に並ぶにつれて、その2つの像はレンズのまわりを回り、引き伸ばされ、明るくなり、やがてリングにつながります。

レンズ方程式は、光がどこから来るように見えるかを教えてくれます。光源が線から少しずれていると、像は2つあり、レンズの両側に1つずつ、遠い側に長い弧、近い側に短い弧ができます。一直線に近いほど、像は引き伸ばされ、明るくなります。

ぴったり一直線になると、2つの像は完全な円、アインシュタイン・リングになります。その半径、アインシュタイン半径は、レンズの質量の平方根に比例して大きくなります。試すこともできます。画面をドラッグすると、後ろの銀河がレンズの前を動き、像もそれに従います。

それぞれの像は独立に明るくなったり暗くなったりします。レンズ銀河の中の個々の星がその前を横切り、もう一度レンズ効果を起こすからです。天文学者はこのまたたきを使って、クエーサーの円盤、つまり幅がわずか光日で、どんな望遠鏡でも直接は見えない領域を調べます。

クロウのチームは2006年にこれを調べました。ピンクの輝きはX線で見える高温のガスで、普通の物質の大部分を占めます。青はレンズ効果で見つかった質量です。どちらも測定された場所に描いています。質量はガスのある場所にはありません。

ガスは衝突で減速します。2つの煙の雲のようにです。質量は、自分自身を通り抜けるものであるかのように、銀河とともに動き続けました。これは、物質の大部分が暗黒で、ほとんど相互作用しないことの最良の証拠の一つで、重力だけを変えて説明するのは困難です。

2022年、ウェルチのチームは、赤方偏移6.2の銀河から銀河団が引き伸ばした弧、サンライズ・アークの中にエアレンデルを見つけました。レンズが最も強い線のちょうど上では、拡大率が数百から数千に達し、ほかではどんな星も見えない距離で1つの星を見せるのに十分です。

レンズ効果は自然の望遠鏡で、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は最も深い画像のために、このように銀河団を使います。エアレンデルが1つの星か数個の星かは、まだ研究されています。絵が示すのは、見つかった弧の上に描いた光の点です。