Soczewki grawitacyjne: czym są i co dzięki nim możemy zobaczyć

Zjawisko przewidziane ponad sto lat temu przez Alberta Einsteina jest dziś podstawą nowych metod badania wszechświata.

J. Rigby/ESA/Hubble&NASA Pomarańczowe galaktyki widoczne po obu stronach białej to „sklonowane” obrazy tego samego obiektu. Soczewką jest gromada złożona z większości pokazanych tu galaktyk. Światło pomarańczowej galaktyki i gromady dociera do nas odpowiednio w ciągu 7 mld i 2,8 mld lat.

Gwiazda, która rozpada się na naszych oczach, by kilkanaście lat później rozpaść się ponownie. Złożona z setek miliardów gwiazd galaktyka, którą widać w kilku miejscach jednocześnie. Rozbłysk gwiazdy spowodowany przez oddaloną od niej o tysiące lat świetlnych planetę. Niewiarygodne? A jednak wszystko to można zobaczyć w kosmosie dzięki soczewkom grawitacyjnym. Te niezwykłe twory umieszczają w polu widzenia elementy realnie nieistniejące, lecz niekiedy trudne do odróżnienia od rzeczywistych. Są przy tym nie mniej paradoksalne niż efekty ich działania – powstają bowiem z odpowiednio ukształtowanej próżni.

Widoczność dziesięciogroszówki

O tym, że próżnię można kształtować, mówi ogólna teoria względności (OTW). Zgodnie z nią każdy obiekt zakrzywia wokół siebie przestrzeń (dokładniej: czasoprzestrzeń) tym silniej, im większą ma masę i mniejsze rozmiary. W zakrzywionym obszarze promienie świetlne wyginają się w taki sposób, że przypomina on „plusową” soczewkę w okularach dalekowidza. Pełnej analogii jednak nie ma.

Przede wszystkim obrazy wytwarzane przez soczewki grawitacyjne wyglądają na ogół zupełnie inaczej niż ich odpowiedniki otrzymywane za pomocą teleskopów optycznych. Nie znaczy to jednak, że są mniej wartościowe. Przeciwnie, zawierają cenne informacje niemożliwe do uzyskania w jakikolwiek inny sposób.

Po drugie, zwykła soczewka skupia światło tym silniej, im chłodniejsza jest jego barwa, czyli im mniejsza jest długość jego fali. Soczewki grawitacyjne nie mają tej wady: działają dokładnie tak samo na światło dowolnej barwy, a nawet na fale radiowe i promienie rentgenowskie (optyk powiedziałby, że są doskonale achromatyczne). Właściwość ta znakomicie ułatwia ich identyfikację.

Efekty działania soczewki grawitacyjnej zaobserwowano pierwszy raz w 1919 r.