Изображение GAL-CLUS-022058s — самого большого и одного из самых полных колец Эйнштейна, когда-либо обнаруженных. Авторы и права: ЕКА/Хаббл и НАСА, С. Джа.
В ночных условиях, возникающих во время полного солнечного затмения, например, 8 апреля, видны планеты и звезды. Венера и Юпитер, заключившие Солнце, будут очень заметны, а Меркурий будет довольно тусклым.
Во время этого затмения рядом с Солнцем не будет ярких звезд, но, что удивительно, тусклые звезды вблизи него будут казаться немного смещенными из-за его гравитации. Это смещение и движение Меркурия были самыми ранними свидетельствами начала 20 века, подтвердившими новую теорию гравитации Эйнштейна. Эти наблюдения также привели непосредственно к предсказанию существования черных дыр.
Благодаря удивительной мощности современных телескопов, наши «лучшие» астрономические веб-сайты содержат множество свидетельств того, что гравитация искривляет свет, действуя как линза. Если совмещение фонового объекта с гравитационной линзой почти идеально, световое «кольцо Эйнштейна» вокруг него выглядит как ореол.
Изгибающийся свет
Самые ранние современные исследования света были опубликованы сэром Исааком Ньютоном в начале 18 века. Несмотря на то, что некоторые из его открытий теперь являются убедительными доказательствами того, что свет является волнами, в то время он пришел к выводу, что свет состоит из частиц и действительно подвержен влиянию гравитации.
Французский математик Пьер-Симон Лаплас в 1795 году даже предположил, что гравитация может быть достаточно сильной, чтобы притягивать свет к телу — ранняя концепция черных дыр. Однако к концу 19 века идеи Ньютона о свете были отвергнуты, и считалось, что это волны и, следовательно, не подверженные влиянию гравитации.
Теперь мы знаем, что свет имеет два аспекта: волны и частицы вместе взятые, но потребовался гений Эйнштейна, чтобы понять, что это даже не имеет значения: именно наше понимание гравитации должно было измениться, и он предложил общую теорию относительности.
График, показывающий отклонение звездного света Солнцем, наблюдавшееся в Австралии во время затмения в 1922 году. Масштаб стрелок примерно в 2500 раз больше, чем круг, изображающий Солнце; из-за крошечного эффекта они кажутся дальше от Солнца, чем они есть на самом деле. Фото: У. Кэмпбелл и Р. Дж. Трамплер/Бюллетень обсерватории Лик.
Хотя в полном виде оно было опубликовано в 1915 году, уже в 1911 году Эйнштейн предсказал, что свет будет искривляться под действием силы тяжести. Полная теория Эйнштейна немедленно разрешила давнюю проблему, состоящую в том, что позиция Меркурия не согласовывалась с предсказаниями, сделанными с использованием теории гравитации Ньютона, что стало большим триумфом.
Наблюдение за изгибом света оказалось хорошей второй проверкой новой революционной концепции гравитации как «искривленного пространства-времени», но только Солнце, примерно в 330 000 раз массивнее Земли, было достаточно сильным, чтобы слегка искривлять свет. Поскольку источником света должны были быть звезды, эффект можно было наблюдать только во время затмения, когда их можно было увидеть вблизи Солнца.
Эффект очень мал, менее одной тысячной угла, который диск Солнца (или Луны) образует на небе.
Новое оборудование, новые наблюдения
Астрономы начали таскать тонны оборудования, в том числе телескопы длиной до пяти метров, чтобы затмить траектории и провести высокоточные измерения. Звезды, где должно было произойти затмение, нужно было сфотографировать ночью за несколько месяцев до этого, а затем сфотографировать с помощью того же большого телескопа во время затмения.
Известный английский астроном сэр Артур Эддингтон сделал первые убедительные наблюдения в 1919 году с наблюдательных пунктов в Южной Америке и Африке. Этот крошечный эффект незаметен для случайных наблюдателей затмения, но имел серьезные последствия, что привело к совершенно иной области изучения классификации звезд.
В 1910 году было замечено наличие странной звезды под названием 40 Эридана, которая была намного тусклее, чем должна была быть, учитывая ее высокую температуру. Казалось, что некоторые звезды могут иметь массу Солнца, но быть размером только с планету.
Стрелец А*, черная дыра в центре галактики Млечный Путь, примерно в 5 миллионов раз массивнее Солнца. Кредит: Сотрудничество EHT
Вскоре их окрестили «белыми карликами», а в 1930 году молодой индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекхар обнаружил, что их масса должна быть примерно в полтора раза тяжелее Солнца, иначе они рухнут. Открытие нейтрона в 1932 году привело к идее о нейтронных звездах, более компактных, чем белые карлики, но даже у них есть предел массы.
В 1939 году Роберт Оппенгеймер и его коллеги модернизировали идею Лапласа о коллапсе до черных дыр, используя теорию Эйнштейна, но в том же году разразилась война, которая, как известно, отвлекла его внимание.
Черные дыры казались малоинтересными и еще менее реальными, пока эта тема не была возрождена в 1968 году физиком Джоном Уилером, у которого возникли проблемы с публикацией названия «черная дыра», поскольку оно считалось рискованным.
Вскоре были обнаружены двойные звезды, у которых, по-видимому, были очень массивные невидимые спутники. Также стало ясно, что загадочные и очень далекие квазары можно объяснить с помощью черных дыр. Теперь выяснилось, что большинство крупных галактик, включая нашу, имеют в своих центрах черные дыры.
Изгибающая сила
Несколько лет назад консорциум радиотелескопов Event Horizon Telescope сфотографировал черную дыру нашей галактики, которая характерным образом преломляет свет и радиоволны, так что ее центральная область кажется темной. Хотя черные дыры обладают наибольшей изгибающей способностью, скопления массы в глубоком космосе, включая загадочную темную материю, также искривляют свет. Поскольку свету от далеких объектов, которые они увеличивают, потребовалось много времени, чтобы добраться сюда, он начал свое путешествие, когда Вселенная была молодой. Это позволяет нам оглянуться назад во времени.
Во время солнечного затмения 8 апреля могут быть видны и другие звезды, но без предварительного наблюдения и измерения их положения зрители, возможно, не смогут сказать, что они находятся не там, где должны быть. Но сейчас самое время вспомнить, что путь к черным дырам начался около столетия назад со слабо видимого Меркурия, а свет звезд преломлялся Солнцем.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
