Thấu kính hấp dẫn

Khối lượng bẻ cong ánh sáng thành vòng, chữ thập và cung ra sao, và cho ta cân thứ không thấy được

Từng bước

Khối lượng bẻ cong ánh sáng

Với Mặt Trời, độ lệch rất nhỏ. Với cả một thiên hà, hoặc một cụm thiên hà, nó đủ lớn để thấy được: một khối lượng hoạt động như một thấu kính không đều, và ánh sáng từ vật rất xa phía sau có thể đến với ta từ nhiều hơn một hướng. Ở đây chấm tối là thấu kính (vẽ), và thiên hà phía sau nó được thấy hai lần.

Thẳng hàng

Khi thiên hà phía sau trượt vào thẳng hàng với thấu kính, hai ảnh của nó xoay quanh thấu kính, kéo dài và sáng lên, rồi nối thành một vòng.

Phương trình thấu kính cho biết ánh sáng dường như đến từ đâu. Khi nguồn lệch đường thẳng một chút, có hai ảnh, mỗi bên thấu kính một ảnh, một cung dài ở phía xa và một cung ngắn ở gần. Càng thẳng hàng, các ảnh càng kéo dài và càng sáng.

Khi thẳng hàng hoàn hảo, hai ảnh trở thành một vòng tròn đầy đủ, vòng Einstein. Bán kính của nó, bán kính Einstein, tăng theo căn bậc hai của khối lượng thấu kính. Bạn có thể thử: kéo bức hình sẽ đẩy thiên hà phía sau qua thấu kính, và các ảnh đi theo.

Chữ thập Einstein

Mỗi ảnh tự sáng lên rồi mờ đi, vì từng ngôi sao trong thiên hà thấu kính trôi qua phía trước và bẻ nó thêm lần nữa. Các nhà thiên văn dùng sự nhấp nháy đó để nghiên cứu đĩa của quasar, một vùng chỉ rộng vài ngày ánh sáng mà không kính thiên văn nào có thể thấy trực tiếp.

Cân vật chất tối

Nhóm của Clowe nghiên cứu nó năm 2006. Ánh hồng là khí nóng, thấy trong tia X, chứa phần lớn vật chất thường; màu xanh là khối lượng mà thấu kính tìm ra. Cả hai được vẽ ở đây đúng nơi chúng được đo: khối lượng không ở chỗ có khí.

Khí bị chậm lại bởi va chạm, như hai đám khói. Khối lượng vẫn tiếp tục di chuyển cùng các thiên hà, như thể nó là thứ đi xuyên qua chính mình. Đây là một trong những bằng chứng tốt nhất cho thấy phần lớn vật chất là tối và hầu như không tương tác, và khó giải thích nếu chỉ thay đổi hấp dẫn.

Một ngôi sao thấy được xuyên thời gian

Năm 2022 nhóm của Welch tìm thấy Earendel trong một cung, Cung Bình Minh, mà một cụm kéo dài từ một thiên hà có dịch chuyển đỏ 6,2. Ngay trên một đường mà thấu kính mạnh nhất, độ phóng đại đạt hàng trăm hoặc hàng nghìn lần, đủ để cho thấy một ngôi sao ở khoảng cách mà bình thường không thể thấy ngôi sao nào.

Thấu kính hấp dẫn là kính thiên văn của chính tự nhiên, và Kính viễn vọng Không gian James Webb dùng các cụm theo cách này cho những bức ảnh sâu nhất. Earendel là một ngôi sao hay vài ngôi sao vẫn đang được nghiên cứu. Bức hình cho thấy một điểm sáng, vẽ trên cung nơi nó được tìm thấy.