Принцип гравитационного линзирования
Экспериментальные данные
Направления исследований
Как правило, гравитационные линзы, способные существенно исказить изображение фонового объекта, представляют собой достаточно большие сосредоточения массы: галактики и скопления галактик. Более компактные объекты, например, звёзды, тоже отклоняют лучи света, однако на столь малые углы, что зафиксировать такое отклонение не представляется возможным. В этом случае можно лишь заметить кратковременное увеличение яркости объекта-линзы в тот момент, когда линза пройдёт между Землёй и фоновым объектом. Если объект-линза яркий, то заметить такое изменение нереально. Если же компактный объект-линза излучает мало или же не виден совсем, то такая кратковременная вспышка вполне может наблюдаться. События такого типа называются микролинзированием. Интерес здесь связан не с самим процессом линзирования, а с тем, что он позволяет обнаружить массивные и невидимые никаким иным способом компактные тела.
Ещё одним направлением исследований микролинзирования стала идея использования каустик для получения информации как о самом объекте-линзе, так и о том источнике, чей свет она фокусирует. Подавляющее большинство событий микролинзирования вполне описывается предположением о примерной сферической симметрии обоих объектов. Однако в 2-3% всех случаев наблюдается сложная кривая яркости, с дополнительными короткими пиками, которая свидетельствует о формировании каустик в линзированных изображениях, см. например M. Dominik, Mon.Not.Roy.Astron.Soc. 353 (2004) 69 (astro-ph/0309581). Такая ситуация может иметь место, если линза имеет неправильную форму, например, если линза состоит из двух или более тёмных массивных тел. Наблюдение таких событий безусловно интересно для изучения природы тёмных компактных объектов. Примером успешного определения параметров двойной линзы с помощью изучения каустик может служить недавний случай микролинзирования OGLE-2002-BLG-069, описанный в статье astro-ph/0502018 . Кроме того, имеются предложения по использованию каустического микролинзирования для выяснения геометрической формы источника, либо для изучения профиля яркости протяжённого фонового объекта, и в частности для изучения атмосфер звёзд-гигантов.
См. также
- SDSSJ0946+1006 - система с двойными кольцами Эйнштейна.
Ссылки
- ЧЕРЕПАЩУК А.М. Гравитационное микролинзирование и проблема скрытой массы.
Гравитационные линзы в культурном контексте
- Линор Линза - Линза гравитационная - арт-имя русской художницы.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Гравитационное отклонение света" в других словарях:
Света нейтронной звездой (модель) Гравитационная линза массивное тело (планета, звезда) или система тел (галактика, скопление галактик), искривляющая своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет… … Википедия
Гравитация (всемирное тяготение, тяготение) (от лат. gravitas «тяжесть») дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том… … Википедия
Инженеры из лондонской компании Therefore сконструировали действующий прототип лампочки, которая работает на силе гравитации. Достаточно подвесить к устройству сумку с балластом или любой другой груз весом около 10 кг - и светодиоды будут светиться около 30 минут. По идее, внутри коробки - устройство вроде гиревого механизма, которое обеспечивает вращение колёсиков с постоянной скоростью, как в обычных настенных механических часах с гирьками. Вероятно, здесь катушка с генератором вращается в магнитном поле и создаёт переменный ток, питающий лампочку.
Лампочка GravityLight уже собрала на краудфандинговом сайте Indiegogo около $317 тыс., почти в шесть раз окупив первоначальный план.
Лампочки GravityLight предлагается поставлять в Африку, Индию и Южную Америку. В этих районах мира более 1,5 миллиардов человек живёт без электричества, используя для освещения керосиновые лампы.
GravityLight позиционируется как более разумная замена керосинке. В некоторых районах жители отдают от 10% до 20% своего дохода на покупку керосина. В одной только Индии в больницы ежегодно поступает 2,5 миллиона человек с ожогами от керосина, а вечер с керосиновой лампой сравним с вдыханием дыма от двух пачек сигарет, так что многие даже некурящие люди страдают от рака лёгких.
Лампочки на гравитации имеют преимущественно перед солнечными батареями, которые требуется устанавливать в хорошо освещённых местах и дополнительно оборудовать аккумуляторами для накапливания заряда - чтобы светить вечером и ночью. Здесь же всё просто. Поднял за три секунды десятикилограммовый мешок - и лампочка светит полчаса. Вместо мешка можно использовать какие-то декоративные элементы, например, камни или вазоны с цветами. Такую лампу можно повесить даже в тёмном подвале, в отличие от фотоэлементов.
Разработчики из Therefore - не какие-то начинающие любители, а опытные профессионалы, которые уже 20 лет занимаются дизайном и проектированием разных приборов. Они отлично понимают, что стоимость 5 долларов получится только при массовом производстве, поэтому и предлагают профинансировать начальный тираж 1000 штук, которые отправят для испытания в индийские и африканские деревни. По результатам испытания будет разработана более удобная версия устройства и дополнительные аксессуары.
Наверное, такая лампа была бы хорошим подарком не только для Африки и Индии, но и для жителей России, Европы и США. Всё-таки довольно оригинальный гаджет, которого нет ни у кого из соседей. К тому же он реально дешевле, эффективнее и экологичнее, чем обычные солнечные панели. А если сделать для грузиков колодец 10-20 метров, то лампочка может светить и целые сутки, а то и больше.
Рассказ о детектировании гравитационных волн в лазерном интерферометре часто вызывает такой совершенно естественный вопрос:
Если гравитационная волна растягивает-сжимает пространство, то она также должна растягивать-сжимать и длину волны света. Получается, как расстояние между зеркалами, так и сама «измерительная линейка» изменяются пропорционально друг другу. Каким же образом интерферометр умудряется детектировать гравитационную волну?Кип Торн, с его полувековым опытом объяснения гравитационных волн и принципа их детектирования для самых разных аудиторий, говорит, что это вообще самый часто задаваемый вопрос на эту тему. В англоязычной литературе есть несколько публикаций, расписывающих ответ на этот «парадокс» на разном уровне, но на русском языке я что-то ничего не встретил. Поэтому я привожу пояснение здесь на максимально простом уровне, в общем-то пересказывая .
* * *
1. Для начала — один технический, но важный момент. Многие знают, что гравитация может влиять на темп хода времени (см. фильм «Интерстеллар») и, как следствие, на скорость света, измеряемую по часам постороннего наблюдателя (эффект Шапиро). Поэтому может возникнуть подозрение, что гравитационная волна растягивает не только пространство, но и время, и вообще делает прочие нехорошие вещи.К счастью, это не так. В поле гравитационной волны время течет как обычно и свет движется с неизменной скоростью. Так получается потому, что поле гравитационной волны допускает широкую свободу математического описания. Мы можем выбирать разные математические выражения для описания волны, но все они отвечают одной и той же физической ситуации. Это калибровочная симметрия, которую обычно рассказывают на примере электродинамики, но которая есть и для гравитации. Так вот, удобнее всего выбирать такое описание (т.е. такую калибровку), при котором никаких изменений ни со скоростью света, ни с течением времени не происходит. Все рассуждения и вычисления подразумевают обычно этот выбор.
* * *
2. Следующий шаг. Рассмотрим одно плечо интерферометра в какой-то момент до прихода волны. Пусть сквозь него прошла гравитационная волна. Только вместо настоящей волны, т.е. колебания метрики туда-сюда, мы возьмем максимально упрощенный случай: «гравитационную ступеньку», т.е. мгновенное изменение метрики, которое растягивает (тоже мгновенно) наше плечо на длину ΔL.- Маленькое отступление. Уже здесь начинаются тонкости. Растягивается — в какой системе координат? И значит ли это, что какие-то частицы чувствуют рывок и смещаются под действием этой силы? Ответ: растягиваются в исходной системе координат, где длины измеряются гипотетическим бесконечно жестким стержнем. В «свободно падающей» системе координат частицы, локально, никуда в пространстве не смещаются и никакого рывка не чувствуют. Увеличивается лишь дистанция между ними, вычисленная по исходной системе координат. Это тот же эффект, что и космологическое разбегание галактик по закону Хаббла.
Но только фишка в том, что световая волна — это не неподвижный стержень, с которым мы якобы сверяем длины. Интерферометр сверяет не длины, а фазы волн, прошедших по двум плечам. Интерферометру важно, сколько времени потребуется каждому гребню световых колебаний, чтобы дойти до зеркала и вернуться обратно. Поэтому да, сразу после прихода гравитационной ступеньки сигнал в интерферометре еще нулевой. Но затем растянувшийся свет летит дальше со своей неизменной скоростью, отражается и возвращается, но только пройти ему теперь нужно чуть большую дистанцию, чем в перпендикулярном плече. Поэтому за время прохода туда-обратно τ=2L/c сдвиг фаз в интерферометре вырастет с нуля до некоторого значения.
А после этого все будет еще проще. Новый свет, попадающий в интерферометр после гравитационной ступеньки, будет иметь ту же длину волны, что и раньше. Этот свет уже нерастянутый. Так получается потому, что свет нам выдает лазер, и он его выдает на неизменной частоте
светового колебания. Этот новый, нерастянутый свет идет по более длинному пути и, разумеется, тратит на это больше времени, чем свет в соседнем плече.
Если совсем кратко: интерферометр измеряет не длины, сравнивая их с растяжимой линейкой, а времена прохода до зеркала и обратно по показаниям хронометра, неизменного и единого для обоих плечей.
* * *
3. Теперь вернемся к более реалистичной гравитационной волне. Там плавное растяжение-сжатие пространства происходит одновременно с движением света. Но только времена этих двух процессов сильно разные: время прохода туда-сюда τ=2L/c (т.е. 30 мкс) намного меньше периода гравитационной волны T (несколько мс).Рассмотрим какой-то момент в процессе колебания, когда расстояние между зеркалами уже подросло и продолжает расти дальше. «Свеженькая» световая волна, влетевшая в интерферометр, еще имеет первоначальную длину волны. За то время, пока она слетает туда-сюда, длина волны чуть-чуть подрастет, но этот относительный рост будет слабее относительного удлинения плеча интерферометра — ведь это плечо удлинялось в течение долгого времени, порядка четверти периода грав.волны. Поэтому удлинением световой волны в работающем интерферометре можно пренебречь с точностью до малого параметра τ/T.
* * *
4. Для тех, кто хочет почитать подробнее, а также увидеть некоторые вычисления, вот список ссылок.- Изложение базируется на статье Peter R. Saulson,
Отыскивая пределы возможностей телескопа Хаббл, международная команда астрономов побила рекорд космической дистанции наблюдений, измерив свойства самой далекой галактики из ранее наблюдавшихся во Вселенной. Эта неожиданно яркая зарождающаяся галактика, названная GN-z11, видна такой, какой она была 13,4 миллиарда лет назад, всего лишь через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика GN-z11 расположена в созвездии Большой медведицы.
«Мы сделали наибольший шаг назад во времени, за пределы того, что мы считали возможным сделать с помощью телескопа Хаббл. Мы видим галактику GN-z11 в то время, когда возраст Вселенной составлял всего три процента от нынешнего». — пояснил главный исследователь Паскаль Оеш из Йельского университета.
Астрономы приблизились к первым галактикам, сформировавшимся во Вселенной. Новые наблюдения Хаббла приводят исследователей в ту область, которая, как считалось ранее, может быть достигнута только с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (его запуск запланирован на 2018 год).
Измерения дают убедительные доказательства, что некоторые необычные и неожиданно яркие галактики, ранее обнаруженные на изображениях Хаббла, на самом деле находятся на запредельных расстояниях. Ранее команда ученых оценила расстояние до GN-z11, определив ее цвет с помощью Хаббла и космического телескопа Спитцера. Теперь, впервые для галактики на такой экстремальной дистанции, команда использовала хаббловскую Широкоугольную камеру-3. Для точного измерения расстояния до GN-z11 свет был спектроскопически разделен на составляющие цвета.
Астрономы измеряют большие дистанции, определяя «красное смещение» галактики. Это явление — результат расширения Вселенной. Каждый далекий объект во Вселенной кажется удаляющимся от нас, потому что его свет растягивается в более длинные и более красные световые волны, проходя через расширяющееся пространство, чтобы достигнуть наших телескопов. Чем больше красное смещение, тем дальше галактика.
«Наши спектроскопические наблюдения показывают, что галактика дальше, чем мы первоначально думали, прямо на пределе расстояния, на котором Хаббл может наблюдать», — говорит Габриэль Браммер, соавтор исследования из Института космического телескопа.
До того, как астрономы измерили расстояние до галактики GN-z11, наибольшим расстоянием, измеренным спектроскопически, было красное смещение 8,68 (13,2 миллирада лет в прошлое). Теперь команда подтвердила для GN-z11 красное смещение 11,1, примерно на 200 миллионов лет ближе к Большому взрыву. «Это выдающееся достижение для Хаббла. Ему удалось побить все предыдущие рекорды расстояния, годами удерживавшиеся более крупными наземными телескопами», — говорит исследователь Питер ван Доккум из Йельского университета. — «Этот новый рекорд, скорее всего, устоит до запуска космического телескопа Джейма Уэбба».
Галактика GN-z11 в 25 раз меньше Млечного Пути, и в своих звездах содержит только один процент массы нашей галактики. Тем не менее, новорожденная GN-z11 быстро растет, формируя новые звезды примерно в 20 раз быстрее, чем наша галактика сегодня. Это делает экстремально далекую галактику достаточно яркой для астрономов, чтобы можно было провести детальные исследования с помощью телескопов Хаббла и Спитцера.
Результаты исследований дают удивительные ключи к разгадке природы ранней Вселенной. «Потрясающе, что такая массивная галактика существует всего лишь через 200 или 300 миллионов лет с момента начала формирования самых первых звёзд. Это требует очень быстрого роста, производства звезд с чудовищной скоростью, чтобы так быстро сформировалась галактика в миллиард солнечных масс», — поясняет Гарт Иллинворт, исследователь из Калифорнийского университета.
Эти открытия — увлекательный анонс к исследованиям, которыми займется космический телескоп Джеймс Уэбб после своего запуска в космос в 2018 году. «Это новое открытие показывает, что телескоп Уэбб наверняка обнаружит много таких молодых галактик, заглянув туда, где формируются первые галактики», — говорит Иллингворт.
В команду исследователей входят ученые из Йельского университета, Научного института космического телескопа и Калифорнийского университета.
На этом видео показано расположение галактики GN-z11 на видимом небосводе.
Своеобразный голубой пузырь, окружающий звезду WR 31a — это туманность Вольфа-Райе, межзвездное облако пыли, водорода, гелия и других газов. Такие туманности обычно имеют сферическую или кольцевую форму. Они возникают при взаимодействии быстрого звёздного ветра с внешними слоями водорода, выброшенного звездами Вольфа-Райе. Этот пузырь, сформировавшийся примерно 20 000 лет назад, расширяется со скоростью около 220 000 километров в час!
К сожалению, жизненный цикл звезды Вольфа-Райе продолжается всего лишь несколько сотен тысяч лет — мгновение в космических масштабах. Начиная свою жизнь с массой минимум в 20 раз больше солнечной, звезда Вольфа-Райе теряет половину своей массы менее чем за 100 000 лет.
И звезда WR 31a в этом случае — не исключение. В конце концов она закончит свою жизнь впечатляющей вспышкой , а выброшенное взрывом звёздное вещество станет основой для следующего поколения звёзд и планет.
Возобновляемая энергия – последний писк моды в наши дни, а также, вероятно, необходимость и жесткое требование в будущем. Однако энергию не всегда можно добыть из ветра, солнца и воды – иногда нет возможности установить дорогие генераторы, иногда эти генераторы не работают как нужно в той или иной географической точке мира.
В тех местах, где не работают традиционные источники «зеленой энергии», либо нет финансовой возможности для закупки соответствующих генераторов, для добычи «бесплатного» и «экологически чистого» электричества идеально подойдет источник, который на планете Земля всегда в наличии – сила тяготения.
Каким бы ни казался далеким и этот факт для современного человека, пользующегося всеми благами цивилизации, один миллиард людей на планете мечтают хотя бы о постоянном надежном источнике света. Компания Therefore Products, опирающаяся на дизайн и инновации, верит, что она придумала такой источник света - GravityLight.
Принцип действия GravityLight достаточно прост –энергия тяготения конвертируется в электричество, которое затем конвертируется в свет. Многим это напомнит механические часы с кукушкой, где для завода нужно было перетянуть металлическую гирю вверх. GravityLight «заводится» очень похожим способом – вы прикрепляете мешочек, заполненный десятью килограммами песка (можно использовать землю, камни – что угодно) к ремню, проведенному через механизм устройства и поднимаете его вверх.
Гравитация тянет мешок с грузом вниз, механизм генератора вращается, генерируется электричество, от которого питается светодиод. Механизм заставляет мешок спускаться медленно, благодаря чему устройство производит свет около тридцати минут. А если снова поднять груз кверху, вы получаете еще 30 минут «бесплатного» света.
http://vimeo.com/53588182
Проект разрабатывается уже четыре года и призван заменить здорово коптящие (и, как это ни странно звучит, негативно влияющие на экологию) керосиновые лампы, все еще используемые в некоторых регионах мира. По словам создателей «гравитационного светляка», светоотдача у него выше чем у керосиновой лампы.
Компании уже удалось разработать действующий прототип, создатели решили воспользоваться сервисом коллективного финансирования Indiegogo, дабы собрать деньги на начало массового производства.
Целью кампании по сбору средств были 55 тысяч долларов, на которые Therefore Products намеревались обустроить выпуск первой мелкооптовой партии «гравитационных ламп» размером в 1000 штук. Первая тысяча будет произведена, оттестирована, и направлена тем, кто в таком источнике света нуждается.
Проект возымел большой успех у пользователей Indiegogo и уже собрал 400 000 $ (от 5 000 откликнувшихся). На эти деньги создатели лампы обещают улучшить GravityLight, удвоить эффективность и сделать возможной зарядку от этой лампы всяческих электронных устройств – например, сотовых телефонов (для зарядки которых жители некоторых уголков мира, преодолевают пешком десятки километров). Также обещают снизить цену, которая на данный момент равна 10 $, до пяти долларов.
Конечно, такая лампа не поможет накормить всех обитателей планеты. Но она хотя бы даст шанс тем, кто мечтает о бесплатном освещении по ночам (а не размышляет о том, обновить ли в этом году свой «айфон» или «айпад»).
