Наблюдать очень далёкие галактики, которые иначе были бы не видны.
Измерять постоянную Хаббла (по задержкам между изображениями, как в Кресте Эйнштейна).
Вывод
Дуги, кольца и множественные изображения – это разные проявления одного и того же явления: искривления пространства-времени массивными объектами. Они помогают астрономам исследовать Вселенную на самых больших масштабах.
Глава 3. Слабые гравитационные искажения (Weak Gravitational Lensing)
Слабые гравитационные искажения (weak lensing) – это эффект, при котором свет от далеких галактик искажается под действием гравитационного поля массивных объектов (таких как скопления галактик, темная материя или крупномасштабная структура Вселенной). В отличие от сильного линзирования, которое создает явные дуги и множественные изображения, слабое линзирование вызывает лишь небольшие (∼1%) искажения форм галактик, которые можно обнаружить только статистически, анализируя огромное количество объектов.
Физическая основа слабого линзирования
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация искривляет пространство-время, что приводит к отклонению световых лучей. Если между наблюдателем и далекой галактикой находится массивный объект (например, скопление темной материи), то:
Форма галактики слегка искажается (обычно растягивается в тангенциальном направлении относительно линзы).
Размер изображения увеличивается, но из-за слабости эффекта это незаметно без статистики.
Эффект описывается матрицей A, связывающей истинное (β) и наблюдаемое (θ) положения галактики:
Aij=∂βi∂θj=(1−κ−γ1−γ2−γ21−κ+γ1)Aij=∂θj∂βi=(1−κ−γ1−γ2−γ21−κ+γ1)
где:
κ (конвергенция) – увеличение/уменьшение изображения,
γ = γ₁ + iγ₂ (сдвиг, shear) – искажение формы (эллиптичность).
Статистический анализ формы галактик
Поскольку искажения очень малы (~1%), их нельзя измерить для одной галактики. Вместо этого анализируют корреляции форм тысяч или миллионов галактик, чтобы выделить сигнал слабого линзирования.
Ключевые шаги:
Измерение форм галактик Форма каждой галактики описывается эллиптичностью e=e1+ie2e=e1+ie2. Истинная форма галактик случайна, но линзирование создает небольшую корреляцию между ними.
Коррекция систематических эффектов Атмосферные искажения (см. Point Spread Function, PSF). Инструментальные дефекты телескопов. Вращение галактик (intrinsic alignments).