Prastai matote? Užsidėkite galaktiką ant nosies!

Beveik mėnesį čia nieko nerašiau, tad labai pavėluotai visus sveikinu su šventėmis ir atostogų pabaiga. Linkiu, kad nauji metai būtų protingesni už praėjusius. Ir ta pačia proga siūlau pasiskaityti dar vieną rašliavą apie visiškai nenaudingą ir nevertingą visuomenei dalyką. Tikiuosi, kad gal netyčia bus įdomu.

 

Taigi iš kur tos galaktikos ant nosių ir kuo jos padeda matyti? Pradėsiu nuo paprastų dalykų – ant nosies dažniausiai dedami akiniai, kurie daugeliui juos nešiojančių matyti tikrai padeda. O kas bendro tarp akinių, didinamųjų stiklų ir fotoaparatų? Atsakymas pakankamai paprastas – visuose yra naudojami įvairūs lęšiai (ne daržovės, jei ką). Būtent apie lęšius ir pasakosiu.

Mums gerai pažįstami lęšiai galėtų būti apibrėžiami taip. Tai yra skaidrios medžiagos gabalas, dažniausiai gana paplokščias, su tvarkingai nugludintais išgaubtas irba įgaubtais paviršiais, kurių dėka pro jį einančios šviesos trajektorija yra iškraipoma – šviesa sukoncentruojama arba išsklaidoma. Dar suprantate kažką? Štai pavyzdys: turbūt esate girdėję, o gal ir bandę, kad su “lupa” galima uždegti ugnį – tereikia ją tinkamai pakreipti prieš Saulę ar kitą šviesos šaltinį. Net jei ugnies uždegti ir nepavyksta, nedidelis plotelis už lupos nušvinta gerokai ryškiau, nei kiti. Taip yra būtent todėl, kad šviesos spinduliai, praėję pro lupą, sukoncentruojami daugmaž viename taške arba nedideliame plotelyje. Jei šviesos šaltinis pakankamai karštas, to plotelio apšvietimo gali pakakti ir ugniai uždegti.

Kitas pavyzdys – akiniai. Būna minusiniai ir pliusiniai. Pliusiniai akiniai, jei neklystu, skiriami toliaregiams (jei ir klystu, tai šiuo atveju neturi didelės reikšmės) – jie truputį “suglaudžia” praeinančius šviesos spindulius ir taip leidžia matyti ir arti esančius objektus. Trumparegių akiniai, priešingai, šviesos spindulius šiek tiek išsklaido, kad paskui, praėję pro akies lęšiuką, jie susikoncentruotų būtent ten, kur ir reikia – tinklainėje, o ne arčiau arba toliau.

Paminėtų skaidrių lęšių efektas pasiekiamas tada, kai šviesos spinduliai eina kiaurai tą lęšį. Efekto prigimtis – elektromagnetinė: dėl skirtingų dviejų medžiagų (pvz. oro ir stiklo) savybių šviesa jose juda skirtingais greičiais, todėl pakinta ir jos judėjimo kryptis. Tačiau lęšis gali veikti ne tik šituo elektromagnetiniu principu. Būtent apie kitokius lęšius – gravitacinius – čia ir parašysiu.

Kaip daugelis turbūt žinote ar bent esate girdėję, šviesa turi ir bangos, ir dalelės savybių. Banginės jos savybės pasireiškia, tarpe kitų dalykų, ir tuose įprastuose lęšiuose, nes jei šviesa būtų tik dalelių srautas, ji būtų ne pakreipiama, o išsklaidoma. O dalelės savybės pasireiškia tame, kad šviesos “gabaliukai” – fotonai – turi tam tikrą masę, kurį priklauso nuo jų energijos (garsioji formulė “E lygu em cė kvadratu”). Na o kūnus, turinčius masę, veikia gravitacija.

Įsivaizduokime šviesos bangą – tiksliau sakant, fotonų srautą – skrendantį kažkur tarpgalaktinėje erdvėje. Aplink, galima sakyti, nieko nėra, todėl fotonai lekia tiesiai. Bet štai netoliese (kosminiais atstumais – t.y. arčiau nei per kokį milijoną šviesmečių) pasirodo galaktika. Galaktika yra labai sunki – Paukščių Tako masė yra didesnė nei dešimt milijardų Saulių (žvaigždžių, nemanykit, kad aš apie kokį nors pažįstamą storulį kalbu), o Saulės masė lygi milijonui Žemių. Toks masyvus objektas fotoną veiks tikrai stipriai. Taip veikiamas fotonas nukryps nuo savo pradinio kurso ir ims artėti prie galaktikos. Aišku, jei ta galaktika buvo pakankamai toli, fotonas į ją neįkris ir nulėks toliau, bet jo trajektorija jau bus pakitusi.

O dabar įsivaizduokime labai ryškų šviesos šaltinį – galbūt kitą galaktiką, galbūt kvazarą – kuris spinduliuoja šviesą visomis kryptimis. Daugybė fotonų srautų, panašių į aprašytą aukštesnėje pastraipoje, išlekia į kosminę erdvę ir skrenda toldami vienas nuo kito. Tačiau jei pakeliui jie sutinka galaktiką, tai visi bus pakreipti artyn tos galaktikos centro, taigi ir artyn vienas prie kito. Spinduliai bus suglausti – štai jums ir lęšis, pagamintas iš galaktikos.

Šis “gravitacinio lęšio” (angl. gravitational lensing) efektas yra žinomas jau beveik šimtą metų. Nors jį galima apskaičiuoti ir paaiškinti remiantis vien klasikine mechanika (tik padarant prielaidą, kad šviesa turi kažkokią masę), lengviau ir paprasčiau jį paaiškina bendroji reliatyvumo teorija. Bet kokie masyvūs kūnai iškreipia erdvę aplink save, sukurdami “duobutes”. Pro vieną tokią duobutę “riedantis” fotonas parieda ir šiek tiek artyn duobutės centro – taip pasikeičia jo trajektorija. Bet nepriklausomai nuo to, kaip aiškinsime, iš kur atsiranda procesas, faktas kaip blynas yra tas, kad jis gali pastebimai paveikti šviesos judėjimą.

O kas iš to? Iš to tas, kad šviesos iškraipymas priklauso nuo dviejų dalykų: lęšio masės ir šviesos šaltinio nuotolio. Šviesos šaltinio nuotolį iš atsklindančios šviesos nustatyti galima pasitelkus spektrometriją ir išmatavus raudonąjį poslinkį. Tuomet iš gravitacinio šviesos iškraipymo galima apskaičiuoti lęšio masę. Šis lęšis – nebūtinai tik galaktika. Tai gali būti ir žvaigždinės masės juodoji skylė tarp mūsų ir ryškios žvaigždės, arba planeta, uždengianti savo žvaigždę.

Aišku, realybėje situacija nėra tokia ideali, kaip gali pasirodyti iš šio trumpo aprašymo. Šviesos šaltinis, lęšis ir mes nebūtinai yra vienoje linijoje; lęšių greičiausiai yra ne vienas, o bent keletas; lęšiai yra nesimetriški; ir taip toliau. Visgi beveik visus šiuos efektus galima apskaičiuoti arba bent jau įvertinti jų sukeliamas paklaidas, taigi gauti naudingos informacijos iš šių atspindžių danguje tikrai galima.

Daug daugiau apie šį reiškinį parašyti nesiveliant į matematiką būtų sunku, tad pabaigai tiesiog pateiksiu keletą paveiksliukų:

 


Efekto grafinis paaiškinimas

 


Keturi galaktikos atvaizdai

 


Išskydę melsvi “brūkšniai” yra labai iškreipti tolimos galaktikos atvaizdai

 


Lenkti brūkšneliai – gravitaciškai iškreipti tolimų šviesos šaltinių vaizdai. Toks tvarkingas iškreipimas vadinamas “Einšteino žiedu”

 

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *