Bầu trời đêm từ lâu đã thu hút và gây ấn tượng với một người bằng rất nhiều ngôi sao. Một kính thiên văn nghiệp dư có thể nhìn thấy nhiều vật thể không gian sâu hơn nhiều - vô số cụm, hình cầu và phân tán, tinh vân và các thiên hà lân cận. Nhưng có những hiện tượng vô cùng kỳ vĩ và thú vị mà chỉ những dụng cụ thiên văn mạnh mẽ mới có thể phát hiện được. Trong số những kho báu như vậy của vũ trụ có các sự kiện thấu kính hấp dẫn, và trong số đó có cái gọi là thập tự giá của Einstein. Đó là gì, chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài viết này.
Thấu kính không gian
Thấu kính hấp dẫn được tạo ra bởi trường hấp dẫn mạnh của một vật thể có khối lượng đáng kể (ví dụ, một thiên hà lớn), vô tình bị kẹt giữa người quan sát và một số nguồn sáng ở xa - chuẩn tinh, một thiên hà khác hoặc một điểm sáng siêu tân tinh.
Thuyết hấp dẫn của Einstein coi trường hấp dẫn là biến dạng của liên tục không-thời gian. Theo đó, các đường mà tia sáng truyền theo trong những khoảng thời gian ngắn nhất (đường trắc địa) cũng làbị uốn cong. Kết quả là, người quan sát thấy hình ảnh của nguồn sáng bị biến dạng theo một cách nhất định.
"Chữ thập Einstein" là gì?
Bản chất của sự biến dạng phụ thuộc vào cấu hình của thấu kính hấp dẫn và vào vị trí của nó so với đường ngắm nối nguồn và người quan sát. Nếu thấu kính đối xứng hoàn toàn trên đường tiêu cự, hình ảnh bị biến dạng sẽ có dạng hình vòng, nếu tâm đối xứng dịch chuyển so với đường thẳng, thì vòng Einstein như vậy có thể được chia thành các vòng cung.
Với sự dịch chuyển đủ mạnh, khi khoảng cách được ánh sáng bao phủ khác nhau đáng kể, thấu kính tạo thành hình ảnh nhiều chấm. Chữ thập của Einstein, để vinh danh tác giả của thuyết tương đối rộng, trong khuôn khổ mà các hiện tượng thuộc loại này được dự đoán, được gọi là bức ảnh bốn góc của nguồn thấu kính.
Chuẩn tinh trong bốn mặt
Một trong những thiên thể tứ phương "ăn ảnh" nhất là chuẩn tinh QSO 2237 + 0305 thuộc chòm sao Pegasus. Nó ở rất xa: ánh sáng do chuẩn tinh này phát ra đã đi hơn 8 tỷ năm trước khi nó chạm vào ống kính máy ảnh của kính thiên văn trên mặt đất và không gian. Cần lưu ý rằng liên quan đến Chữ thập Einstein này rằng đây là tên riêng, mặc dù không chính thức và được viết bằng chữ in hoa.
Ở trên cùng của bức ảnh là Thánh giá Einstein. Điểm trung tâm là hạt nhân của thiên hà thấu kính. Hình ảnh được chụp bởi không giankính thiên văn Hubble.
Thiên hà ZW 2237 + 030, hoạt động như một thấu kính, gần hơn chuẩn tinh 20 lần. Điều thú vị là do hiệu ứng thấu kính bổ sung được tạo ra bởi các ngôi sao riêng lẻ và có thể là các cụm sao hoặc các đám mây bụi và khí khổng lồ trong thành phần của nó, độ sáng của mỗi thành phần trong số bốn thành phần này sẽ thay đổi dần dần và không đồng đều.
Hình dạng đa dạng
Có lẽ không kém phần đẹp mắt là chuẩn tinh thấu kính xuyên thấu HE 0435-1223, gần bằng khoảng cách với QSO 2237 + 0305. Thấu kính hấp dẫn, do một hoàn cảnh hoàn toàn ngẫu nhiên, chiếm một vị trí ở đây sao cho tất cả bốn ảnh của chuẩn tinh nằm gần như đồng đều, tạo thành một chữ thập gần như đều đặn. Vật thể cực kỳ ngoạn mục này nằm trong chòm sao Eridani.
Và cuối cùng là một dịp đặc biệt. Các nhà thiên văn học đã may mắn chụp được trong một bức ảnh cách một ống kính mạnh - một thiên hà trong một cụm khổng lồ ở tiền cảnh - phóng to một cách trực quan không phải chuẩn tinh mà là một vụ nổ siêu tân tinh. Điểm độc đáo của sự kiện này là một siêu tân tinh, không giống như chuẩn tinh, là một hiện tượng ngắn hạn. Vụ nổ, được gọi là siêu tân tinh Refsdal, xảy ra ở một thiên hà xa xôi hơn 9 tỷ năm trước.
Một thời gian sau, đến chữ thập Einstein, thứ đã củng cố và nhân lên vụ nổ sao cổ đại, xa hơn một chút, một hình ảnh thứ năm khác đã được thêm vào, muộn do đặc thù của cấu trúc thấu kính và nhân tiện, dự đoántrước.
Trong hình bên dưới, bạn có thể thấy "chân dung" của siêu tân tinh Refsdal, được nhân lên bởi lực hấp dẫn.
Ý nghĩa khoa học của hiện tượng
Tất nhiên, một hiện tượng như chữ thập Einstein không chỉ đóng vai trò thẩm mỹ. Sự tồn tại của các đối tượng kiểu này là hệ quả cần thiết của thuyết tương đối rộng và việc quan sát trực tiếp chúng là một trong những xác nhận rõ ràng nhất về giá trị của nó.
Cùng với các tác dụng khác của thấu kính hấp dẫn, chúng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Chữ thập và vòng tròn của Einstein giúp chúng ta có thể nghiên cứu không chỉ các nguồn sáng xa đến mức không thể nhìn thấy khi không có thấu kính, mà còn cả cấu trúc của chính thấu kính - ví dụ, sự phân bố của vật chất tối trong các cụm thiên hà.
Việc nghiên cứu các hình ảnh thấu kính xếp chồng không đều của các chuẩn tinh (bao gồm cả các chuẩn tinh) cũng có thể giúp tinh chỉnh các thông số vũ trụ quan trọng khác, chẳng hạn như hằng số Hubble. Các vòng và hình chữ thập Einsteinian có hình dạng bất thường này được hình thành bởi các tia đã đi những khoảng cách khác nhau trong những thời gian khác nhau. Do đó, việc so sánh hình học của chúng với các dao động độ sáng giúp có thể đạt được độ chính xác cao trong việc xác định hằng số Hubble và do đó là động lực học của Vũ trụ.
Nói một cách dễ hiểu, những hiện tượng kỳ thú được tạo ra bởi thấu kính hấp dẫn không chỉ làm hài lòng mắt mà còn đóng một vai trò quan trọng trong khoa học vũ trụ hiện đại.
