Einstein halkası

Gözlemsel astronomide bir Einstein halkası; bir galaksi ya da yıldız gibi bir kaynaktan bir başka galaksi ya da kara delik gibi devasa bir kütleden kaynaklı ışık kaynağının yerçekimsel merceklemesine doğru giden ışığın deformasyonudur. Bu vaka, kaynak, lens ve gözlemcinin bir araya gelmesi ile oluşur. B1938 666 olarak dizayn edilen ilk tam Einstein halkası, Manchester Üniversitesi'ndeki ve NASA'nın Hubble Uzay Teleskopunda görevli gök bilimciler arasındaki işbirliği sonucunda 1998 yılında keşfedilmiştir.

Yerçekimsel merceklenme, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından öngörülür. (Üç boyutlu) düz bir hat üzerinde hareket eden bir kaynaktan gelen ışık yerine, uzay zamanı bozan büyük bir gövdenin varlığı tarafından bükülür. Bir Einstein Halkası; kaynak, lens ve gözlemcinin tam uyumuyla ortaya çıkan yerçekimsel merceklemenin özel bir durumudur. Bu, halka-benzeri bir yapıya neden olan lens etrafında bir simetri ile sonuçlanır.

Yerçekimsel lensler geometrisi Einstein halkasının boyutu Einstein yarıçapı tarafından verilir. Radyan’da,

${\displaystyle \theta _{E}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {d_{LS}}{d_{L}d_{S}}}}},}$

where

${\displaystyle G}$ yerçekimsel sabiti,

${\displaystyle M}$ merceklerin kütlesini,

${\displaystyle c}$ ışığın hızını,

${\displaystyle d_{L}}$ açısal çapın lenslere mesafesini,

${\displaystyle d_{S}}$ açısal çapın kaynağa mesafesini ve

${\displaystyle d_{LS}}$ lensler ve kaynak arasındaki açısal çapın mesafesini temsil eder.

Buna ek olarak ${\displaystyle d_{LS}\neq d_{S}-d_{L}}$ formülü de genel anlamda kozmolojik mesafeleri ifade eder.

Yerçekimsel gövde tarafından yansıtılan ışığın eğilmesi, Einstein tarafından 1912 yılında tahmin edildi; 1916 yılında da bu konuyla ilgili bilgiler yayınlandı. (Renn ve ark . 1997 bakınız) . Halkanın etkisi ilk 1924 yılında Orest Chwolson tarafından akademik literatürde belirtilmiştir. Albert Einstein bir Çek mühendis olan, RW Mandl tarafından 1936 yılında gönderilen bir mektupta bu etki üzerine yorumda bulunmuştur. Tabii ki, doğrudan doğruya bu olguyu gözlemlemenin imkânı bulunmamaktadır. Öncelikle, bizim merkezi bir çizgiye böylesine yakınlaşmamız zor görünmektedir. İkincisi, açı β bizim araçların çözme gücünü güçleştirecektir.

Bu açıklamada, β şu anda ${\displaystyle \theta _{E}}$ ile gösterilen Einstein Yarıçapıdır. Ancak, Einstein sadece, az bir ihtimal de olsa yıldızlar tarafından üretilen Einstein halkalarını gözlemleme şansını düşünüyordu; ancak, kara delikler veya galaksiler gibi daha büyük lensler tarafından üretilen halkaların gözlemlenme şansı, bir Einstein halkasının açısal boyutu lensin kütlesi ile beraber arttığından dolayı daha yüksek olmaktadır.

Yerçekimsel lenslerin yüzlercesi bugün için bilinmektedir. Bunların yaklaşık yarım düzinesi bir arksaniye kadar çaplara sahip kısmi Einstein halkalarıdır her ne kadar lenslerin kütle dağılımı mükemmel bir şekilde eksenel olarak simetrik olmasa da. Ya da kaynak, objektif ve gözlemci mükemmel uyum oluşturmadıklarından Einstein halkasını daha yeni görmek durumunda kalmaktayız. Çoğu halkalar radyo aralığında tespit edilmiştir. İlk Einstein halkası Hewett ve arkadaşları tarafından 1988 de keşfedilmiştir. Hewett ve arkadaşları Çok Büyük Dizilim (Very Large Array) kullanarak MG1131 0456 radyo kaynağını gözlemlemişlerdir. Keşfedilen ilk tam Einstein halkası King ve arkadaşları tarafından bulunan B1938 666 oldu. King ve arkadaşları 1998 yılında MERLIN ile görüntülenen bir yerçekimsel lensi olan Hubble Uzay Teleskopu ile optik takip yoluyla tespitte bulunmuşlardır.

Hubble Uzay Teleskobu kullanılarak, bir çift halka, Santa Barbara’daki California Üniversitesi STScI ve Tommaso Treu’dan Raphael Gavazzi tarafından bulundu. Bu 3, 6 ve 11 milyar ışık yılı mesafelerde bulunan üç galaksiden gelen ışıkdan kaynaklanmaktaydı. Bu halkalar karanlık maddenin dağılımını, karanlık enerji, uzak galaksilerin doğasını ve evrenin eğriliğini anlamamızda yardımcı olmaktadır. Böyle bir çift yüzük bulma ihtimali 10.000 'de 1’dir. Örnekleme yolu ile ele alınan 50 uygun çift yüzük astronomlara; yüzde 10 hassasiyetle karanlık enerjinin durum denkliğinin ve evrenin karanlık madde ölçümünün daha doğru yapılması imkânını sağladı.

Sağa doğru Samanyolu önünde bir Schwarzschild kara deliğinde bir zum yapılan bir simülasyon bulunmaktadır. İlk Einstein halkası resmin en çarpık bölgesine tekabül eder ve açıkça galaktik disk ile gösterilir. Yapılan zum sonrasında kara delik gölgesine giderek daha çok yakınlaşan ve gittikçe incelen ilave dört yüzük serisi ortaya çıkarmıştır. Bunlar galaktik diskin çokluk görüntüleri kanalıyla kolayca görülmektedir. Tek numaralı halkalar (gözlemcinin konumundan) kara deliğin arkasındaki noktalara; (galaktik merkeze yakınlığı açısından da) galaktik diskin parlak sarı bölgesine karşılık gelmektedir. Oysa çift rakamlı halkalar, gözlemcinin arkasındaki görüntülere uygunluk göstermekte, galaktik diskin daha ince ve bu nedenle daha belli belirsiz olması nedeniyle, daha ziyade mavimsi görünmektedir.