중력렌즈 효과

중력렌즈 효과는 매우 먼 물체에서 나오는 빛이 중간에 있는 거대한 물체 때문에 휘어지게 보이는 현상이다. 일반 상대성이론의 증거 중 하나이며, 희미하게나마 관측이 가능하며, 사실 관측하기 매우 어렵다. Orest D. Fvorson은 처음에 효과를 언급했지만, 1936년 그것에 관한 기사를 쓴  Einstein과 관련이 있다. Fritz Zwicky는 1937년에 은하수가 중력 렌즈 역할을 한다고 주장했다. 이 효과는 1979년까지 입증되지 않았지만 '이중 왜성 별'이라고 불리는 'SBS 0957 + 561' 객체의 관측을 통해 분명해졌다.

설명

은하단이나 블랙홀과 같은 거대한 천체에서 나오는 중력은 시공간을 왜곡시키고 빛의 경로를 왜곡시키며, 빛이 관찰자에게 왜곡된 상태로 도달하면 원호 모양으로 원래 광원의 모양이 과장된다. 빛의 경로는 중력 렌즈의 중심에서 가장 휘어지고 광학 렌즈의 반대 거리에서 덜 휘어지며, 결과적으로 중력 렌즈 효과에 초점이 없다. 광원과 렌즈 효과가 있는 큰 물체, 관찰자가 일직선상에 있다고 가정하면 광원은 큰 물체 주위에 고리 모양으로 나타나게 되고, 일직선상에 있지 않으면 활처럼 휘어지게 된다. 이 현상은 1924년 러시아의 물리학자 오레스트 호보르손에 의해 언급되었고, 1936년 아인슈타인에 의해 정량화되었으며, 종종 문학에서 '아인슈타인링'으로 언급되었다. 일반적으로 중력 렌즈의 질량 분포가 복잡하고 시공간의 왜곡이 구형이 아니기 때문에 광원은 렌즈 주위에 흩어져있는 원호를 형성하고 관찰자는 중력 렌즈에 의해 왜곡된 동일한 광원을 관찰하고 많은 수의 이미지로 나타난다. 관찰되는 광원의 모양과 개수는 중력렌즈를 포함하여 관찰선상에 있는 모든 물체의 중력장에 의해 결정되는데, 이 중력렌즈는 가시광선뿐만 아니라 모든 종류의 전자기파에도 똑같이 작용한다. 강력한 렌즈 효과는 아인슈타인 링의 형태로 전파와 x선에서 관찰되었다.

이론

은하계의 강력한 중력 렌즈 효과 때문에 은하계의 4단계에서 하나의 먼 퀘이사가 관찰된다. 일반 상대성 이론에 따르면, 질량은 중력장에 의해 생성된 곡선 시공간이므로 빛의 경로는 곡선으로 보입니다. 이 이론은 1919년에 일식동안 태양에 접근하는 별의 빛을 관찰함으로써 확인되었다. 빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 중력 렌즈 효과는 빛의 속도를 변화시키지 않고, 방향만 변화시킨다. 중력렌즈효과에 의한 2차 은하의 이미지는 실제 은하의 이미지의 반대편에서 관찰되며, 이 2차 이미지는 블랙홀의 아인슈타인 링 반경 내에 위치한다. 두 번째 단계의 크기는 원래 은하의 위치가 블랙홀에 가까울수록 증가하고 은하의 원래 단계와 두 번째 단계의 겉보기 밝기는 일정하지만 두 단계의 크기는 각각 다양하다. 이것이 먼 관측자들에 의해 관찰되었을 때, 은하의 광도가 변하며 은하의 겉보기 밝기는 은하가 블랙홀 바로 뒤에 있을 때 가장 크다.