Pozorna pozycja gwiazdy

[Gość rafalstef]

Oto sytuacja która wprawia mnie w zakłopotanie: Wiązka światła ulega ugięciu w pobliżu obiektu o dużej masie, na skutek silnego pola grawitacyjnego. To może spowodować iż pozycje gwiazd które obserwujemy nie są prawdziwe a nawet kilka gwiazd to w rzeczywistości jeden obiekt.

Czy sytuacja przedstawiona na poniższym schemacie jest możliwa? Czy astronomia zna takie przypadki? Czy takie rozumowanie jest sensowne? Czy coś takiego jest uwzględniane podczas obserwacji lub tworzenia map nieba? Proszę o wypowiedź w tej sprawie.

 

Schemat:

[bamus]

ciekawe zagadnienie. nie sądzę by jedna gwiazda mogła tak zakrzywić wiązkę światła, ale już grupa w korzystnym ustawieniu, to czemu by nie...? teoretycznie możliwe, ale w praktyce pewnie inne czynniki uniemożliwiają powstanie 2 obrazów jednego obiektu.

[bar]

W wypadku takim, jak przedstawiony na rysunku, gwiazdę A byłoby widać w dwóch miejscach na niebie - pierwotnym oraz tym, które zostało spowodowane ugięciem promieni świetlnych.

 

Jednym z najsłynniejszych obiektów, na których można zaobserwować ten efekt, jest Krzyż Einsteina w gwiazdozbiorze Pegaza. Dokładnie za galaktyką PGC 69457 znajduje się kwazar, którego obraz zostaje zniekształcony przez oddziaływanie grawitacyjne jądra galaktyki.

 

Oczywiście takie zjawisko (zwane soczewkowaniem grawitacyjnym) zachodzi jedynie, gdy obiekt bliższy posiada dużą masę, dalszy ma bardzo wysoką jasność absolutną, a oba znajdują się idealnie (lub prawie idealnie) w jednej linii z naszego punktu widzenia. Nawet przy spełnieniu tych wszystkich warunków przesunięcie jest bardzo znikome - w przypadku Krzyża Einsteina odległości powiędzy składnikami wynoszą 0,9 sekundy kątowej. Zaobserwowanie soczewkowania w takiej skali, jaką przedstawiłeś, jest niemożliwe.

 

edit: Dodaję jeszcze kilka przykładów soczewkowania.

http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/Quasars/phot-46f-98-hires.jpg.html

http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/Quasars/Cloverleaf-Quasar.tif.html

http://www.nasaimages.org/luna/servlet/detail/NVA2~8~8~12802~113343:New-Research-That-Uses-Gravitationa

http://www.yale.edu/ycaa/lens.html

http://www.nasa.gov/images/content/213372main_67_hubble_lg.jpg

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1030.html

Edytowane 27 Sierpnia 2009 przez bar

[zbignieww]

bar pięknie odpowiedział, ilustrując to fotkami, gdzie są tam też tzw. "pierścienie Einsteina". Ale pozostało niedomówienie. Sytuacja ze schematu nie może zaistnieć, trudno kazać gwieździe, by posyłała swe światło w zwartej wiązce, ta obiegłaby jakąś gwiazdę i pokazałby się nam " sobowtór". Swiatło biegnie we wszystkich kierunkach a efektem tego jest m.in. taki a nie inny obraz obiektu po przejściu soczewką grawitacyjną, zależny też od struktury pola grawitacyjnego soczewki.

 

ZW.

Edytowane 27 Sierpnia 2009 przez zbignieww

[Gość rafalstef]

Dziękuje za odpowiedź. Oczywiście uzyskanie identycznego obrazu gwiazdy jest niemożliwe. Ale czy można całkowicie wykluczyć w przedstawiony sposób, dotarcie do Ziemi np. jednej wiązki światła (fotonów)? Oczywiście leży to poza granicami możliwości obserwacyjnych. Lecz jak się mają sprawy np. w przypadku czarnych dziur? Jak wiadomo, czarne dziury tak silnie oddziałują na swoje otoczenie, że nawet światło nie może z nich uciec.

[szuu]

taka sytuacja (że światło gwiazdy dobiega z zupełnie innego kierunku) nie tylko może się zdażyć ale nawet na pewno zdaża się ciągle.

ale doprowadźmy to rozumowanie do końca.

 

żeby światło zakręciło aż tak bardzo, musi biec bardzo blisko masywnego obiektu (np. czarnej dziury). tak blisko, że będzie się niemal o niego "ocierało". czyli już po "zakręcie" dotrze do nas z kierunku prawie identycznego z tym właśnie masywnym obiektem.

idźmy dalej: na rysunku jest jedna gwiazda, ale przecież naprawdę jest ich więcej i świecą we wszystkich kierunkach. czyli któryś z promieni każdej gwiazdy na pewno przypadkowo trafia w okolice czarnej dziury pod akurat takim kątem że po odchyleniu grawitacyjnym trafia prosto do nas. oczywiście cały czas mówimy o dużym odchylaniu i a więc bardzo małej odległości od czarnej dziury. w efekcie na "obwodzie" czarnej dziury powinniśmy widzieć światło całego wszechświata - zebrane ze wszystkich możliwych kierunków (w tym również od gwiazdy o którą pytałeś). ale przez to że jest zmieszane ze światłem wszystkich innych gwiazd, nie mamy szansy stwierdzić skąd oryginalnie pochodził dany foton. nie pomylimy też takiego fałszywego źródła światła z gwiazdą, bo przy tak dużych odchyleniach, duże jest również rozpraszanie wiązki, więc w efekcie ilość światła która trafia akurat do nas jest znikoma.

 

podsumowując:

 

duża odległość od czarnej dziury -> niewielkie odchylenie i rozproszenie światła -> niewielkie zniekształcenie obiektu -> możemy zidentyfikować obrazy konkretnych obiektów w soczewce grawitacyjnej

 

bardzo mała odległość od czarnej dziury -> dowolnie duże odchylenie światła -> całe światło dobiega prawie z kierunku czarnej dziury -> całkowite zafałszowanie obrazu obiektu (widać blask "otoczki" czarnej dziury)

 

a co by się stało gdyby w pobliżu istniała czarna dziura o tak niewyobrażalnej masie że nawet w dużej odległości od niej światło mogło skręcać tak jak chciałeś? i czy możemy stwierdzić że tak nie jest? wtedy widzielibyśmy tę gwiazdę w nieprawdziwym kierunku, ale nie tylko ją, obraz wszystkich odległych obiektów byłby zakrzywiony, obserwowalibyśmy olbrzymie pierścienie Einstaina widoczne gołym okiem i kto wie jakie jeszcze cuda... dlatego wiemy że tak nie jest.

[Radek P]

żeby światło zakręciło aż tak bardzo, musi biec bardzo blisko masywnego obiektu (np. czarnej dziury). tak blisko, że będzie się niemal o niego "ocierało". czyli już po "zakręcie" dotrze do nas z kierunku prawie identycznego z tym właśnie masywnym obiektem.

 

Niekoniecznie. Światło przechodzące w pobliżu obiektu zwartego (czarna dziura, gwiazda neutronowa) może zakrzywić się o dowolny kąt, a nawet wykonać więcej niż jeden "obieg" wokół tego obiektu. Im więcej się zakrzywia, tym mniejsza jasność wiązki. Dlatego takich wiązek się nie obserwuje.

 

W przypadku soczewkowania przez obiekty, które nie są zwarte typowo najbliższa odległość od soczewki w jakiej przechodzi światło jest typowo 10^5-10^6 razy mniejsza niż odległość obserwatora od źródła.