Гравитационное линзирование – один из интереснейших космических эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной.

Линзирование в скоплении галактик Abell 2218

В действительности, гравитационное линзирование – это эффект, который обладают не только крупные, но и мелкие космические объекты. Суть его заключается в том, что когда наблюдатель смотрит на дальний источник света в космосе через другой космический объект, форма дальнего источника света искажается. Такое искажение источника света может быть вызвано звездой или галактикой, через которую проходит свет от отдаленного объекта.

Существуют также данные, свидетельствующие о том, что искажать свет могут не только звезды и галактики, но и малые астрономические тела, например, планеты. Однако в данном случае искажение будет настолько незначительным, что зафиксировать его можно будет только при помощи сверхмощных оптических приборов, да и то зафиксированная величина будет чисто формальной.

Эффект гравитационного линзирования был обнаружен относительно не так давно. Только с появлением новейших телескопов ученым удалось наблюдать этот интересный эффект и детально исследовать механизм его появления. О том, как происходит механизм линзирования мы поговорим в следующем пункте.

Механизм линзирования

По логике, свет, исходящий от дальнего квазара (одного из наиболее ярких объектов во Вселенной) или галактики в направлении Земли, должен попадать на Землю под прямым углом. Однако в некоторых случаях на пути этого света встречается другая галактика или сверхмассивная звезда, гравитационное поле, которое притягивает к себе электромагнитное излучение, направленное отдаленным объектом. Вследствие этого возникает эффект гравитационного линзирования, которому и посвящена эта статья.

Получается, что свет отдаленного объекта, попадая на галактику, находящуюся между ним и наблюдателем, искажает истинную форму источника, который послал его на Землю. Точно так же делает обычная линза. Свет, попадая на нее, искажается. Если посмотреть через нее на объект, пославший свет, мы увидим, что он стал намного крупнее.

Форма, которую гравитационное линзирование придает отдаленному источнику света, может отличаться, в зависимости от того, через какой объект в космическом пространстве проходят его лучи. Известные примеры искажения формы источника света мы приведем в следующем пункте.

Кольцо и Крест Эйнштейна

Современному научному сообществу известно два возможных результата гравитационного линзирования: Кольцо и Крест Эйнштейна. Оба они зависят оттого, через какую структуру в космосе проходит свет. Если свет поступает к наблюдателю через компактную галактику, форма объекта испустившего луч зрительно увеличивается, кроме того, из точки она превращается в окружность. Именно эту окружность ученые называют Кольцом Эйнштейна.

Второе интересное астрономическое явление – Крест Эйнштейна так же вызвано гравитационным линзированием. Принцип его возникновения аналогичен предыдущему. Разница заключается только в том, что свет от отдаленного объекта проходит не через компактную, а через спиральную галактику. В результате этого мы видим фигуру, своей формой напоминающую крест.

Наиболее интересные гравитационные линзы

Эффект гравитационного линзирования астрономам удалось зафиксировать благодаря мощным оптическим приборам. Среди них орбитальный телескоп Хаббл. К примеру, совсем недавно при помощи телескопа был сделан снимок галактического кластера SDSS J1038+4849, состоящего из двух галактик. Излучение одной галактики проходит через другую в результате чего образуется эффект Эйнштейновского Кольца – одной из разновидностей гравитационного линзирования.

Сливающиеся галактики в удаленной части Вселенной: вид через гравитационную линзу

А вот второй схожий объект был обнаружен уже при помощи телескопа Гершель, который был запущен на орбиту в 2009 году. Данный объект представляет собой галактический кластер со сложно запоминающимся именем – H1429-0028. Этот кластер так же, как и предыдущий, состоит из 2-ух галактик, одна из которых выступает линзой. В данном случае вы так же будете наблюдать Кольцо Эйнштейна.

Если же вам интересно увидеть Эйнштейновский Крест, вам придется воспользоваться сверхмощным телескопом. Наведя его на созвездие Пегаса, вы сможете увидеть Крест, который является производным далекого квазара. По некоторым подсчетам он удален от нас на 11 миллиардов световых лет. Спиральная галактика-линза, благодаря которой мы можем наблюдать подобный эффект находится в 10 раз ближе квазара, практически на одной линии с ним.

1. Эффект гравитационного линзирования упоминается в недавно вышедшем фантастическом фильме «Интерстеллар».
2. Эффекты Эйнштейновского Креста и Кольца названы в честь их первооткрывателя – знаменитого физика Альберта Эйнштейна.
3. Визуально наблюдать гравитационное линзирование можно только в тех случаях, когда масса линзы равняется 10 12 масс нашего Солнца.
4. При помощи гравитационного линзирования можно обнаружить неяркие объекты, а потому и невидимые объекты во Вселенной. Когда свет из отдаленного источника попадаете на такой объект, то как бы вспыхивает. Такой эффект называется гравитационным микролинзированием. С его помощью астрономам удалось обнаружить коричневые карлики, которые нельзя было увидеть другим способом.
5. На сегодняшний день использование эффекта гравитационной линзы – единственный способ обнаружить темный, удаленный объект в космосе.

Сегодня мы расскажем вам о слабом гравитационном линзировании. Поводом для этого послужила профессора Маттиаса Бартельманна из университета теоретической физики Гейдельберга, которую он написал специально для образовательного проекта Scholarpedia.

Сначала немного истории: идея о том, что массивные тела способны отклонять свет, восходит к Исааку Ньютону. В 1704 году он писал в своей книге «Оптика»: «...не оказывают ли влияния тела на свет на расстоянии и этим влиянием отклоняя его лучи; и не тем ли сильнее это влияние, чем меньше расстояние [между телом и лучом света]?» Долгое время сама постановка такого вопроса была противоречивой, потому что ньютоновская физика работает только с телами, обладающими массой, а дебаты по поводу природы света, свойств и наличия массы у его частиц шли еще добрых два столетия.

Тем не менее, в 1804 году немецкий астроном Иоганн фон Зольднер , предположив наличие массы у еще не открытых к тому времени фотонов, смог рассчитать угол, на который отклонится свет от далекого источника, если он «чиркнет» по поверхности Солнца и долетит до Земли - луч должен был отклоняться на 0,83 угловой секунды (это примерно размеры копеечной монеты с расстояния 4 километров).

Следующий большой шаг в изучении взаимодействия света и гравитации сделал Альберт Эйнштейн. Его работы по об ей теории относительности заменили классическую теорию тяготения Ньютона, где присутствуют силы, на геометрическую. В этом случае масса фотонов уже не важна - свет будет отклоняться просто потому, что само пространство вблизи массивного предмета искривлено. Еще не окончив работы по ОТО, Эйнштейн рассчитал угол отклонения луча света, проходящего вблизи Солнца и получил... в точности те же 0,83 угловой секунды, что и фон Зольднер за сто лет до него. Лишь пятью годами позже, завершив работы над ОТО, Эйнштейн понял, что нужно учитывать не только пространственную, но и временну ю компоненту кривизны нашего четырехмерного пространства-времени. Это удвоило расчетный угол отклонения.

Давайте попробуем получить этот же угол. Проходя мимо массивного тела, луч света отклоняется, потому что двигается прямо, но в искривленном пространстве. С точки зрения Эйнштейна, пространство и время равноправны, значит, меняется и время, за которое свет дойдет до нас. Следовательно, меняется скорость света.

Скорость света, проходящего в поле тяготения линзы, будет зависеть от гравитационного потенциала линзы и будет меньше скорости света в вакууме

Это не нарушает никаких законов - скорость света действительно может меняться, если свет идет сквозь какое-то вещество. То есть, по Эйнштейну, отклонение света массивным предметом равносильно его прохождению сквозь некую прозрачную среду. Погодите, это же напоминает коэффициент преломления линзы, который мы все изучали в школе!

Отношение двух скоростей света - это и есть знакомый нам со школы коэффициент преломления

Теперь, зная скорость света в линзе, можно получить что-то, что можно измерить на практике, - например, угол отклонения. Для этого нужно применить один из фундаментальных постулатов природы - принцип Ферма, согласно которому луч света двигается так, чтобы минимизировать оптическую длину пути. Записав его на языке математики, мы получим интеграл:

Угол отклонения будет равен интегралу от градиента гравитационного потенциала

Решать его не надо (да это и очень трудно), главное тут - увидеть двойку перед знаком интеграла. Это та самая двойка, которая появилась у Эйнштейна при учете пространственной и временно й компонент и которая увеличила угол отклонения в два раза.

Чтобы взять интеграл, применяют аппроксимацию (то есть упрощенное и приближенное вычисление). Для данного конкретного случая удобнее использовать приближение Борна, которое пришло из квантовой механики и было хорошо известно Эйнштейну:

Та самая аппроксимация Борна для упрощенного вычисления угла отклонения

Подставляя известные для Солнца значения в формулу выше и переводя радианы в угловые секунды, полчаем искомый ответ

Знаменитая экспедиция под руководством Эддингтона наблюдала за солнечным затмением 1919 года в Африке, и звезды, которые во время затмения были рядом с солнечным диском, отклонились на угол от 0,9 до 1,8 угловой секунды. Это было первое экспериментальное подтверждение общей теории относительности.

Тем не менее ни сам Эйнштейн, ни его коллеги не задумывались о практическом использовании этого факта. Действительно - Солнце слишком яркое, а отклонения заметны только у звезд вблизи его диска. Значит, наблюдать эффект можно только во время затмений, да и никаких новых данных ни про Солнце, ни про другие звезды это астрономам не дает. В 1936 году чешский инженер Руди Мандль посетил ученого в Принстоне и попросил его рассчитать угол отклонения звезды, свет от которой пройдет рядом с другой звездой (то есть любой звездой кроме Солнца). Эйнштейн сделал необходимые расчеты и даже опубликовал статью, но в ней заметил, что считает эти эффекты пренебрежимо малыми и не поддающимися наблюдению. Однако за идею ухватился астроном Фриц Цвикки , который к этому времени плотно занимался изучением галактик (то, что помимо Млечного Пути существуют другие галактики, стало известно за восемь лет до этого). Он первым понял, что в качестве линзы может выступать не только звезда, но и целая галактика и даже их скопление. Подобная гигантская масса (миллиарды и триллионы масс Солнца) отклоняют свет достаточно сильно, чтобы это можно было зарегистрировать, и в 1979 году, к сожалению, через пять лет после смерти Цвикки, была обнаружена первая гравитационная линза - массивная галактика, которая отклонила свет далекого квазара, проходящий сквозь нее. Сейчас же линзы, вопреки прогнозам Эйнштейна используют совсем не для проверки ОТО, а для огромного числа исследований самых крупных объектов Вселенной.

Различают сильное, слабое и микролинзирование. Отличие между ними заключается в расположении источника, наблюдателя и линзы, а также в массе и форме линзы.

Сильное гравитационное линзирование характерно для систем, где источник света находится близко к массивной и компактной линзе. В результате свет, расходящийся от источника по разные стороны от линзы, огибает ее, искривляется и доходит до нас в виде нескольких изображений одного и того же предмета. Если источник, линза и наблюдатель (то есть мы) находятся на одной оптической оси, то можно увидеть несколько изображений одновременно. Крест Эйнштейна - это классический пример сильного гравитационного линзирования. В более общем случае линза сильно искажает форму объекта, делая его похожим на арку.

Пример сильного линзирования далекой галактики (белый обьект) массивной более близкой к нам галактикой (бирюзовый объект)

Wikimedia Commons

Слабое гравитационное линзирование, о котором и пойдет в основном рассказ в нашем материале, не способно сформировать ни четкого изображения, ни даже яркой красивой арки - для этого линза слишком слаба. Однако изображение все равно деформируется, и это дает ученым в руки очень сильный инструмент: известных нам примеров сильного линзирования немного, а вот слабого, для которого достаточно, чтобы две крупные галактики или два скопления оказались на угловом расстоянии около одной секунды дуги, вполне хватает для статистического изучения галактик, скоплений, темной материи, реликтового излучения и всей истории Вселенной от Большого взрыва.

И, наконец, гравитационное микролинзирование - это временное увеличение яркости источника линзой, которая оказалась на оптической оси между ним и нами. Обычно эта линза недостаточно массивна, чтобы сформировать четкое изображение или даже арку. Однако она все равно фокусирует часть света, который иначе бы до нас не дошел, и это делает далекий объект ярче. Этот метод используют для поиска (а точнее говорить - случайного обнаружения) экзопланет.

Напомним, что в этом обзоре мы, следуя за статьей профессора Бартельманна, ограничимся обсуждением именного слабого линзирования. Очень важно, что слабое линзирование, в отличие от сильного, не может создавать ни арок, ни множественных изображений одного и того же источника. Не может даже сколько-нибудь значительно увеличивать яркость. Все, на что оно способно - немного изменить форму далекой галактики. На первый взгляд, это кажется мелочью - мало ли в космосе эффектов, которые искажают объекты? Пыль поглощает свет, расширение Вселенной сдвигает все длины волн, свет, доходя до Земли, рассеивается в атмосфере, а потом еще проходит сквозь неидеальную оптику телескопов - где уж тут заметить, что галактика стала чуть более вытянутой (учитывая, что мы и не знали, какой она была изначально)? Однако тут на помощь приходит статистика - если на небольшом участке неба у галактик есть предпочтительное направление вытянутости - значит, возможно, мы их видим через слабую линзу. Несмотря на то, что современные телескопы могут видеть порядка 40 галактик в квадрате со сторонами в одну угловую минуту (это размеры МКС, как мы ее видим с Земли), искажение, вносимое линзированием в форму галактики, настолько незначительно (не превышает нескольких процентов), что нам нужны очень большие и очень мощные телескопы. Такие, например, как четыре восьмиметровых телескопа комплекса VLT в Чили, или 3,6-метровый телескоп CFHT , расположенный на Гавайях. Это не просто очень большие телескопы - они к тому же могут получать изображение большого участка неба одним снимком, вплоть до одного квадратного градуса (в отличие, например, от очень мощного телескопа Хаббла, один кадр которого покрывает квадрат со стороной всего 2,5 угловой минуты). К настоящему времени опубликовано уже несколько обзоров площадью чуть более 10 процентов неба, которые дали достаточно данных для поиска слабо линзированных галактик.

Карта распределения материи, реконструированная после расчетов эффектов слабого гравилинзирования; белыми точками обозначены галактики или скопления галактик

Надо сказать, что у метода поиска гравитационных линз по ориентации галактик есть несколько допущений. Например, что галактики во Вселенной ориентированы произвольно, а это не обязательно так - с 1970-х годов астрофизики рассуждают о том, должны ли скопления иметь какую-то упорядоченную ориентацию или нет. Последние исследования показывают, что скорее всего нет - даже в ближайших и наиболее массивных скоплениях галактики ориентированы случайным образом, но окончательно этот вопрос не закрыт. Однако, иногда физика бывает и на стороне ученых - гравитационные линзы ахроматичны, то есть, в отличие от линз обыкновенных, они отклоняют свет всех цветов совершенно одинаково и нам не приходится гадать: галактика выглядит красной, потому что она на самом деле красная, или просто потому, что все остальные цвета пролетели мимо нашей планеты?

Иллюстрация эффектов слабого гравитационного линзирования. Слева показаны наиболее заметные последствия - появление вытянутости. В центре и справа - влияние параметров второго и третьего порядков - смещение центра источника и треугольная деформация

Matthias Bartelmann et al. 2016

А есть ли какое-нибудь практическое применение у этого сложного метода? Есть, и не одно - слабое гравитационное линзирование помогает нам в изучении распределения темной материи, а также крупномасштабной структуры Вселенной. Вытянутость галактик вдоль какой-то оси может достаточно точно предсказать массу линзы и ее концентрацию в пространстве. Сравнивая получившуюся теоретическую массу с массой видимых галактик, которую мы умеем достоверно определять по данным оптических и инфракрасных телескопов, можно измерить массу темной материи и ее распределение в той галактике или скоплении галактик, которое выступает в качестве линзы. Нам, например, уже известно, что гало (то есть облако) темной материи вокруг отдельных галактик почему-то более плоское, чем мы думали раньше. Еще одним применением линзирования может стать открытие новых скоплений галактик - до сих пор идут дебаты, может ли у нескольких галактик быть одно гало темной материи на всех, но похоже, что в некоторых случаях это действительно так. И тогда это гало будет служить линзой и укажет на то, что эти галактики не просто находятся рядом друг с другом, а входят в скопление, то есть гравитационно-связанную систему, в которой движение каждой из них определяется влиянием всех участников скопления.

Галактики - это очень хорошо, но можно ли заглянуть с помощью гравитационного линзирования еще дальше - в прошлое, когда галактик и звезд еще не было? Оказывается, можно. Реликтовое излучение - электромагнитное излучение, появившееся во Вселенной всего через 400 000 лет после Большого Взрыва - присутствует в каждом кубическом сантиметре пространства последние 13,6 миллиарда лет. Все это время оно распространяется в разные стороны и несет в себе «отпечаток» ранней Вселенной. Одним из ключевых направлений астрофизики последних десятилетий было изучение реликтового излучения с целью найти в нем неоднородности, которые могли бы объяснить, как из такой симметричной и анизотропной (в теории) изначальной Вселенной могла появиться такая неоднородная и неупорядоченная структура, где в одном месте скопление тысяч галактик, а в другом - пустота на многие кубические мегапарсеки.

Спутники РЕЛИКТ-1 , COBE , WMAP , Planck со все большей точностью измеряли однородность реликтового излучения. Сейчас мы видим его настолько подробно, что становится важным «очищать» его от различных шумов, вносимых источниками, не связанными с изначальным распределением вещества во Вселенной - например, из-за эффекта Сюняева-Зельдовича или того самого слабого гравитационного линзирования. Это тот случай, когда его регистрируют, чтобы потом максимально точно удалить из снимков реликтового излучения и продолжать считать - укладывается ли его распределение на небе в стандартную космологическую модель. Кроме того, даже самые точные снимки реликтового излучения не могут рассказать нам всего о Вселенной - это похоже на задачу, где у нас всего одно уравнение, в котором несколько неизвестных (например, плотность барионной материи и спектральная плотность темной материи). Слабое гравитационное линзирование, пускай оно и не дает сейчас таких точных результатов (а иногда и вообще плохо согласуется с данными прочих исследований - см. картинку ниже), но это то самое второе независимое уравнение, которое поможет определить вклад каждого неизвестного в общую формулу Вселенной.

Коэффициентами преломления

Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] Петров Александр Николаевич

Гравитационные линзы

Гравитационные линзы

Почему попугаи за номером один, два и три…, похожи друг на друга до такой степени?

Аркадий Стругацкий, Борис Стругацкий «Понедельник начинается в субботу»

С понятием «гравитационная линза», которое мы ввели выше, связаны бурно развивающиеся в последнее время области исследований в астрофизике и космологии. Из российских ученых активными теоретиками-исследователями в этой области являются Михаил Сажин и Александр Захаров. Изложение этой части будет во многом соответствовать статье Захарова «Гравитационные линзы» на сайте pereplet.ru.

По-видимому первый, кто использовал термин «линза» для отклонения луча света гравитационным полем тела, был английский физик Оливер Лодж (1851–1949) в 1919 году. Однако он отметил, что «гравитационное поле действует как линза, но она не имеет фокусной длины». Петербургский физик Орест Хвольсон (1852–1934) в 1924 году опубликовал короткую заметку, в которой заметил, что в случае, когда рассматривается отклонение луча света далекой звезды звездой-линзой, возможно возникновение второго изображения фоновой звезды, но угол между двумя изображениями столь мал, что эти изображения нельзя разрешить с помощью наземного телескопа. В случае, когда наблюдатель, линза и источник находятся на одной прямой, возникает изображение типа кольца.

Аналогичные результаты опубликовал Эйнштейн в 1936 году, где также описывалось появление кольца в случае, если наблюдатель, линза и источник находятся на одной прямой. Эти результаты более известны, возможно потому, что журнала «Science», где опубликована статья Эйнштейна, более популярен по сравнению с потсдамским астрономическим журналом «Astronomische Nachrichten», где опубликована статья Хвольсона. Поэтому кольца гравитационной линзы называют обычно «кольцами Эйнштейна», значительно реже «кольцами Хвольсона-Эйнштейна». Эйнштейн также заметил, что «конечно нельзя надеяться на то, что удастся прямо наблюдать это явление». Нужно сказать, правда, что и Хвольсон, и Эйнштейн рассматривали случай, когда и источник, и гравитационная линза являются звездами.

Однако в 1937 году американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки (1898–1974) пришел к выводу, что эффект может быть наблюдаем в случае, если источником является далекая яркая галактика, а гравитационной линзой – более близкая галактика. В публикации он ссылается на идеи нашего соотечественника, представителя первой русской эмиграции инженера Владимира Зворыкина (1888–1982), создателя современного телевидения, и чешского инженера Руди Мандла. То же самое написал Эйнштейн в своей работе: «Некоторое время тому назад меня посетил Руди Мандл и попросил опубликовать результаты небольшого расчета, который я провел по его просьбе. Уступая его желанию, я решил опубликовать эту заметку». Так что, может и была борьба за приоритеты, но исследователи вели себя очень корректно в отношении чужих идей и результатов. А ссылка Цвикки демонстрирует широкое влияние на развитие мировой науки российской научной школы.

Насколько плодотворным было замечание Зворыкина и, безусловно, последующий анализ Цвикки, стало ясно спустя более сорока лет. В 1979 году группа английских астрономов обнаружила первую гравитационную линзу при наблюдении двойного квазара QSO 0957+16 A, B: угловое расстояние между изображениями порядка 6? , а гравитационной линзой являлась галактика, рис. 7.4. Таким образом, предсказание Цвикки подтвердилось. На настоящий момент открыто более полусотни объектов, которые представляют результат гравитационного линзирования, и это число постоянно растет. Замечательный космолог, астрофизик, физик-теоретик Яков Зельдович (1914–1987), рис. 7.5, с его широчайшим научным кругозором, не мог не оценить важности этого открытия и обратил на него внимание одного из своих учеников – Михаила Сажина. Сейчас как теоретическое изучение этого явления, так и поиски новых наблюдательных подтверждений активно продолжаются.

Рис. 7.4. Первая гравитационная линза

Теперь расскажем о физике явления. Действительно, как было замечено Лоджем, гравитационные линзы не имеют «фокусного расстояния» в том смысле, как ее имеют оптические линзы. Поэтому их действие оказывается несколько непривычным. Они также «собирают» свет, при некоторых условиях это приводит к повышению яркости наблюдаемого объекта. Но более выдающимся их проявлением является «построение» двух , а иногда нескольких изображений этого объекта. Обратимся к схеме на рис. 7.6. На ней проиллюстрировано как действует точечная гравитационная линза. Собственно объект наблюдения (квазар) находится в точке S, линза в точке D, а наблюдатель в точке O .

Рис. 7.5. Яков Зельдович

Два луча (жирные линии) отклоняются линзой так, что наблюдатель видит два изображения квазара на небесной сфере: точки S 1 и S 2 .

В случае, если точечный источник находится точно на оси симметрии, изображение является кольцом, которое обсуждалось в работах Хвольсона и Эйнштейна. Однако наблюдать подобное кольцо в реальности в случае точечного источника невозможно, поскольку при самом малом изменении параметров кольцо исчезает и появляется два точечных изображения.

Чаще всего обнаружить гравитационные линзы можно по наблюдениям пар квазаров, которые имеют похожие спектры и временную переменность компонентов, отличающуюся лишь временным сдвигом, который может принимать значения для различных пар изображений от нескольких дней до нескольких лет!

Рис. 7.6. Геометрия точечной гравитационной линзы

В случае, когда источник не точечный, появление кольца в принципе возможно, хотя скорее будет два растянутых изображения в виде дуг. В реальных ситуациях или угловое расстояние между изображениями слишком мало, или линза имеет большую массу и большие размеры, так что ее нельзя рассматривать как материальную точку (как в первых наблюдаемых примерах гравитационных линз). Реальные эффекты гравитационного линзирования зависят от разных параметров, а число возможных изображений и сами изображения разнообразны.

Гравитационные линзы в настоящее время являются и важным инструментом астрономических исследований. С их помощью можно: 1) получить независимую от других методов исследований оценку параметров расширения Вселенной; 2) оценить массы гравитационных линз, большая часть которых испускает слишком мало электромагнитного излучения, чтобы их можно было обнаружить с помощью стандартных астрономических методов; 3) по наблюдаемому изменению формы удаленных фоновых галактик с помощью методов так называемого слабого гравитационного линзирования можно восстановить распределение поверхностной плотности удаленных скоплений галактик; 4) по характерному изменению наблюдаемой светимости фоновой звезды можно обнаружить невидимые объекты с массами порядка солнечной, то есть обнаружить так называемое микролинзирование. Это как раз то явление, которое Хвольсону и Эйнштейну казалось слишком недоступным для наблюдения.

Недавно, в 2007 году, было установлено, что одно из событий микролинзирования вызвано коричневым карликом – это почти невидимые объекты небольшой (по звездным меркам) массы. Таким образом, микролинзирование расширяет возможности исследования этих малодоступных для обнаружения и наблюдений, но очень интересных и важных тусклых звезд.

Из книги Звезды: их рождение, жизнь и смерть [Издание третье, переработанное] автора Шкловский Иосиф Самуилович

Глава 24 Черные дыры и гравитационные волны Основоположник теории внутреннего строения звезд выдающийся английский ученый А. С. Эддингтон был, как известно, крупнейшим знатоком общей теории относительности. Он впервые во время солнечного затмения в 1919 г. измерил

Из книги История лазера автора Бертолотти Марио

Гравитационные волны В 1919 г. Эйнштейн предсказал, что движущиеся массы производят гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. К сожалению, амплитуда такого гравитационного излучения, испускаемого любым источником, созданным в лаборатории, слишком

Из книги Твиты о вселенной автора Чаун Маркус

140. Что такое гравитационные волны? Гравитационные волны являются гипотетическими волнами в структуре пространства-времени, движущимися со скоростью света, как рябь на поверхности пруда.Согласно общей теории относительности Эйнштейна, жесткое 4-мерное

Из книги Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] автора Петров Александр Николаевич

Глава 10 Гравитационные волны А синуса график волна за волной На ось ординат набегает. Студенческая песня Электромагнитные волны Развивая рассказ о создании новой теории гравитации ОТО, мы все время возвращались к идеям Ньютона и результатам его теории. Сейчас,

Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип Стивен

Магнитные, электрические и гравитационные поля Силовые линии магнитных полей играют большую роль во Вселенной и очень важны для понимания «Интерстеллар», поэтому стоит поговорить о них, прежде чем углубиться в научные аспекты фильма.Наверное, на уроках физики вам

Из книги автора

7. Гравитационные пращи Управлять космическим кораблем вблизи Гаргантюа нелегко – из-за очень больших скоростей. Чтобы не погибнуть, планета, звезда или космический корабль должны противопоставить огромной гравитации Гаргантюа центробежную силу сравнимой величины.

Из книги автора

Гравитационные маневры NASA в Солнечной системе Давайте вернемся из мира вероятностей (то есть всего, что допускают законы физики) к реальным, без изысков, гравитационным пращам в уютных пределах нашей Солнечной системы (по состоянию на 2014 год).Возможно, вы слышали

Из книги автора

Гравитационные пращи у двойной черной дыры Третий способ – это моя собственная сумасбродная – крайне сумасбродная! – вариация одной из идей Дайсона .Представьте, что вы решили за несколько лет облететь изрядную часть Вселенной, совершив не просто

Из книги автора

16. Обнаружение червоточины: гравитационные волны Как люди в «Интерстеллар» могли обнаружить червоточину? У меня как физика есть любимая версия, о которой я сейчас поведаю, выйдя за рамки непосредственных событий «Интерстеллар». Разумеется, эта лишь мои догадки,

Из книги автора

Гравитационные волны и детекторы волн А теперь, прежде чем продолжить разговор об «Интерстеллар», я позволю себе удовольствие рассказать еще немного о гравитационных волнах.На рис. 16.6 – художественное изображение тендекс-линий двух черных дыр, которые вращаются

Из книги автора

Гравитационные волны от Большого взрыва В 1975 году Леонид Грищук, мой добрый приятель из России, сделал сенсационное заявление. Он сказал, что в момент Большого взрыва возникло множество гравитационных волн, причем механизм их возникновения (прежде неизвестный) был

Из книги автора

24. Гравитационные аномалии Гравитационная аномалия – это нечто такое, что связано с гравитацией и не укладывается в наши представления о Вселенной или не соответствует нашему пониманию законов физики, управляющих Вселенной: например падения книг

Из книги автора

Гравитационные аномалии в «Интерстеллар» В отличие от гравитационных аномалий, о которых я рассказал только что, в «Интерстеллар» гравитационные аномалии наблюдаются на Земле.Физики, начиная с самого Исаака Ньютона, усиленно искали аномалии на Земле. Находок было

Из книги автора

Глава 7. Гравитационные пращи О гравитационных пращах на более сложном уровне, чем в этой книге, см. статью в «Википедии» en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist, однако не верьте тому, что там говорится о пращах вокруг черных дыр: утверждение (по состоянию на 4 июля 2014 года): «Если

Из книги автора

Глава 16. Обнаружение червоточины: гравитационные волны Свежая информация о проекте ЛИГО и поиске гравитационных волн – на сайте научного коллектива ЛИГО ligo.org (в особенности см. разделы News и Magazine) и на сайте лаборатории ЛИГО ligo.caltech.edu; также см. фильм Кая Стаатса

Из книги автора

Глава 24. Гравитационные аномалии Подробную историю об открытии аномальной прецессии Меркурия и о поисках планеты Вулкан можно узнать из трактата историка науки Н. Т. Роузвера «Перигелий Меркурия. От Леверье до Эйнштейна» [Роузвер 1985], а также из более простого

В. Жаров, М. Сажин

Гравитационное линзирование в астрономии

С точки зрения физики вещество, окружающее человека в повседневной жизни, состоит из барионов, лептонов и фотонов, т.е. трех типов стабильных частиц. С позиций же астрономии - это один вид материи, называемой видимой. Однако в 30-е гг. XX в. ученые обнаружили так называемую «темную», не видимую телескопами материю. Ее существование доказано измерением скоростей звезд нашей Галактики, а также по вращению других звездных систем. В конце XX в. был открыт еще один вид материи, называемой сейчас «квинтэссенцией». Темная материя и квинтэссенция принципиально разные. И если первую в будущем, вероятно, можно будет исследовать в лабораторных условиях, то вторую - только астрономическими методами.

Оценить количество невидимой материи в какой-либо галактике можно несколькими способами. Один из них - гравитационное линзирование, т.е. использование эффекта искривления лучей, проходящих вблизи массивных объектов.
Что представляет собой этот процесс? Известно, что в природе существуют четыре основных взаимодействия: электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. Первое отвечает за связь между ядрами и электронами в атоме, обеспечивает силы упругости в твердых телах, трения. Его переносчик - электромагнитное поле, точнее, фотоны, дающие нам основную часть информации о Вселенной. Второе начинает действовать лишь на сверхмалых расстояниях. Третье оказывает влияние на стабильность ядра, связывает в нем протоны и нейтроны. Четвертое стоит особняком, оно универсально: все частицы, независимо от состава, одинаково ускоряются гравитационным полем, что соответствует фундаментальному принципу общей теории относительности. Радиус его действия бесконечен - от лаборатории до масштабов Солнечной системы и даже Вселенной.

Если угловое расстояние между звездой S и телом L меньше конуса Эйнштейна (пунктир),

то изображение далекой звезды S превращается в два "лунных серпа",

зеркально отраженных друг от друга

Напомним: искусственный спутник Земли, электрон и фотон притягиваются массой нашей планеты с одинаковым ускорением, равным 9,8 м/с2. Однако двигаются они по разным траекториям. Форма кривой, по которой перемещается любое тело, зависит от величины и направления его начальной скорости. То есть спутник может лететь вокруг земного шара по эллипсу или по гиперболической траектории. Во втором случае ему необходимо сообщить скорость выше 11 км/с. И гипербола будет тем ближе к прямой линии, чем выше скорость тела, пролетающего мимо Земли. Самая большая в природе - скорость света. Поэтому фотоны движутся почти по прямой линии, хотя ее искривления все-таки наблюдаются. Поясним это следующим образом: если провести две касательные линии к траектории фотона, причем одна из них будет расположена до притягивающего тела, а вторая - после него, то они пересекутся под некоторым углом. Он очень мал. Это явление предсказал великий немецкий ученый, иностранный почетный член АН СССР Альберт Эйнштейн (1879-1955), а открыл американский астроном, иностранный почетный член АН СССР Артур Эддингтон (1882-1944) во время одного из полных солнечных затмений. Сам по себе эффект оказался невелик: луч света от далекой звезды, проходя мимо солнечного лимба, отклонился всего на 1,75".

Это явление, но значительно меньшей величины, наблюдается также, если луч от далекого источника проходит мимо более близкой к нам звезды. Два луча света, идущие по разные стороны последней и отклоненные от прямого пути, могут пересечься. И наблюдатель, находящийся в этой точке, увидит два изображения одного и того же космического объекта, что по существу и является эффектом гравитационного линзирования.

В качестве линзы рассмотрим небесное тело, обладающее сферической симметрией (такое же свойство имеет гравитационное поле). Наблюдатель с телескопом высокой разрешающей силы увидит изображение далекой звезды, превратившееся в два «лунных серпа» и зеркально отраженных друг относительно друга. Размеры и блеск их будут различными, но суммарная яркость всегда больше яркости звезды.

Угловое расстояние между двумя главными изображениями (серпами) примерно равно угловому размеру так называемого конуса Эйнштейна (Конус Эйнштейна - воображаемый круг на небе с центром, совпадающим с центром линзы, размер которого пропорционален квадратному корню из массы линзы и обратно пропорционален квадратному корню из расстояния до нее от Земли (прим. авт.)). Однако когда расстояние между линзой и звездой фона значительно превышает указанную величину, второе изображение либо поглощается веществом линзы, либо его поток становится столь малым, что обнаружить данный серпик невозможно. Это и есть слабое микролинзирование, в ходе которого можно обнаружить только нелинейное движение первого изображения звезды.

Напомним: гравитационные поля многих космических объектов не обладают сферической симметрией. Поэтому в результате линзирования может возникнуть несколько изображений одного объекта с разной яркостью. Если в качестве линзы выступает какая-либо галактика, то угловое расстояние между различными изображениями составляет примерно секунду дуги, тогда как при микролинзировании на звезде всего миллисекунду. Увидеть два или более изображений в первом случае трудно, хотя можно, во втором же разделить их с Земли нельзя. Однако на помощь приходит фактор переменности в эффекте линзирования. Коротко поясним сказанное.

В результате гравитационного линзирования два луча света от звезды S, прошедшие по разные стороны

от тела L, пересекаются в точке O, где располагается наблюдатель.

Он увидит два изображения L1 и L2 одной и той же звезды S

Все космические тела, в том числе и линзы, движутся. Правда, внегалактические объекты перемещаются по небесной сфере очень медленно: чтобы тот или иной из них «прошел» расстояние в секунду дуги, требуются сотни тысяч лет. В случае линзирования звезд, когда линзой является другая звезда, движение происходит гораздо быстрее, ибо эти объекты ближе к нам, стало быть, угловая скорость их перемещения выше. Представьте себе аналогию: проезжающий автомобиль на фоне отдаленно летящего самолета. Первый ближе, поэтому проходит большее угловое расстояние за то же время. Самолет же дальше, и кажется, будто он движется медленнее.

Из-за изменения углового расстояния между линзой и звездой меняется суммарный блеск изображений-серпов. Время переменности при микролинзировании составляет от одного до нескольких месяцев.
Отметим также, что согласно принципу эквивалентности тела разной массы падают в поле тяжести с одинаковым ускорением. Значит, два фотона разной час-готы (т.е. имеющие различную энергию, следовательно, и массу) ускоряются одинаковым образом. Иными словами, фотоны разных участков электромагнитного спектра отклоняются на один и тот же угол в поле тяжести тела - линзы.

Впервые эффект гравитационной линзы на внегатактических объектах был открыт примерно двадцать лет назад. Наиболее исследованный из них - квазар QSO 0957+561 А, В. Сейчас же насчитывается их свыше полусотни и число постоянно растет. Угловые расстояния между изображениями в разных линзах меняются и составляют от 0,77 до 6", но существуют объекты с расстояниями в десятки угловых секунд. Они возникают, когда роль гравитационной линзы играет скопление галактик.

Первая хорошо исследованная гравитационная линза квазар QSO 09570+561A, B

Крест Эйнштейна. Квазар QSO 2237+030 находится точно позади ядра массивной галактики.

В результате линзирования образуются четыре изображения, расположенные крестом

Что же касается QSO 0957 +561 А, В, то структура этого объекта детально картографирована, исследование его излучения осуществлено во всем диапазоне - эт радио до оптики. Длительные измерения блеска данного квазара позволили определить постоянную Хаббла (Эдвин Хаббл (1889-1953) - американский астроном, доказал звездную природу внегалактических туманностей, оценил расстояние до некоторых из них, разработал основы их структурной классификации, установил (1929) закономерность разлета галактик. Хаббла постоянная - коэффициент в законе Хаббла, выражающем линейную связь скорости разбегания («разлета») скоплений галактик в зависимости от расстояния до них (прим. ред.)) новым способом. Так как оптические пути, формирующие два изображения, различны, то свет идет по ним разное время. И если в квазаре произойдет вспышка, то она достигнет наблюдателя вначале по кратчайшему пути, лишь затем по длинному, т.е. повторится во втором изображении (в угловой мере эолее близком к галактике-линзе). Измерив разность моментов прихода сигнала, можно определить и разность оптических путей, что в совокупности с известным угловым расстоянием между изображениями позволяет узнать расстояние до квазара и галактики-линзы. Сравнивая его с красным смещением объектов, удастся вычислить и постоянную Хаббла.

Несколько групп ученых, включая специалистов из Специальной астрофизической обсерватории (станция Зеленчукская, Карачаево-Черкессия), измеряли блеск двух компонентов квазара QSO 0957 + 561 А, В примерно 10 лет. Оценки постоянной Хаббла на основании их наблюдений позволили понизить верхний предел ее значения до 70 км/с/мегапарсек. Такая точность сравнима с результатами, полученными другими методами внегалактической астрономии.

Другой объект QSO 2237 + 030 назван «Крестом Эйнштейна». Это квазар с красным смещением z = 1,7. Ядро галактики-линзы обладает квадрупольным (Красное смещение пропорционально разности длины волны спектральной линии от космического источника и длины волны этой же линии, измеренной в неподвижной (лабораторной) системе (прим. авт.); квадруполь - электрически нейтральная в целом система заряженных частиц, которую можно рассматривать как совокупность двух диполей с равными по величине, но противоположными по знаку дипольными моментами, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (прим. ред.)) распределением плотности, в результате чего образуются четыре изображения квазара, расположенных крестом. В таком объекте, помимо измерения постоянной Хаббла, можно попытаться найти и эффект микролинзирования. Он возникает, когда луч «квазар-Земля» пересекает одна из звезд галактики-линзы. В итоге образуется добавочное расщепление луча, появляются дополнительные изображения и изменения их суммарного блеска. Величина расщепления равна нескольким десяткам микросекунд дуги, что не поддается измерению оптическими методами. Однако изменение блеска составляет десятые доли звездной величины, что может быть измерено современными приборами.

Микролинзирование в нашей Галактике было обнаружено в начале 1990-х годов. Тогда два коллектива зарубежных исследователей сообщили о результатах поиска массивных невидимых тел в Галактике по эффекту микролинзирования. В частности, австралийско-американская группа MACHO (Massive Compact Halo Objects) в течение года проводила наблюдения ~2 млн звезд в Большом Магеллановом Облаке. В феврале-марте 1993 г. ученые обнаружили: одна из звезд стала ярче в 7 раз, а затем через 34 дня ее блеск вернулся к прежнему уровню. Астрономы сделали это открытие на 1,27-метровом телескопе обсерватории Маунт-Стромло (Австралия).

В свою очередь, французы - группа EROS (Experience de Recherches d"Objects Sombres) наблюдали 3 млн звезд в Большом Магеллановом Облаке. Они также отметили эффект микролинзирования. Один из объектов повысил свой блеск в 2,5 раза в течение 54 суток, другой - в 3,3 раза за 60 суток. Сейчас известно уже свыше 100 таких событий, произошедших на фоновых звездах указанного Облака.
В современной астрономии актуальной стала и задача определения принципиальных ограничений точности экспериментов, связанных с нестационарностью нашего пространства-времени. Ведь помимо практических нужд, касающихся космоса и навигации, вопрос о предельной точности позиционных измерений затрагивает одно из фундаментальных физических понятий - возможность построения инерциальной системы отсчета, в качестве реперов (Репер - опорная точка с известными координатами и скоростью (прим. ред.)) которой ныне используют квазары.

Нестационарность системы координат вызывается изменением направления прихода лучей света (или радиолучей) на телескопы от далеких, т.е. реперных источников. И существуют две причины этого явления. Во-первых, излучающие области нестационарны. Скажем, движение облаков излучающей плазмы во внегалактическом источнике приводит к видимому движению центра яркости и, следовательно, к переменному положению соответствующего реперного источника. Во-вторых, фотон в общем случае движется не по прямой линии. Отклонения возникают, когда он проходит через среду, обладающую показателем преломления, отличным от единицы, что может быть связано с наличием вещества на луче зрения.

Но существует еще одна причина для распространения света не по прямой линии. Речь идет о нестационарности нашего пространства-времени. Попробуем пояснить основные принципы учета влияния гравитационного поля материальных объектов на построение инерциальной системы отсчета. В астрономии такая система реализуется некоторым количеством объектов, взятых в качестве реперных, и фиксацией физических моментов наблюдений в выбранной системе измерения времени. Сегодня в роли таких реперов как раз и выступают квазары. Их угловые скорости движения очень малы и, значит, поворот системы координат в пространстве тоже невелик. Свет от квазаров к Земле идет по искривленной траектории, определяемой гравитационными полями звезд и других тел нашей Галактики. Однако последние движутся, а потому картина гравитационных полей нестационарна. Соответственно переменной является и траектория луча света от любого квазара к наблюдателю. Все это приводит к изменению положения объекта на небе. Среднеквадратичная величина данных флуктуации является некоторым пределом для определения положения квазара, а также и построения фундаментальных каталогов далеких звезд. Причем угловое отклонение от невозмутденного положения реперного источника, как показывают расчеты, составляет примерно 4 мкс дуги. И это минимальная оценка. Реальные же величины по компьютерному моделированию могут быть в десятки раз больше.

Кроме того, в конце XX в., изучая эффект микро-линзирования, ученые из групп МАСНО и EROS открыли новую популяцию объектов в нашей Галактике - темные тела с массой -0,1 массы Солнца. Их столько, что они определяют кривую вращения Галактики и составляют минимум половину ее массы. Данные тела распределены неравномерно, поэтому астрометрические наблюдения позволят в будущем установить их плотность в окрестности нашего дневного светила.

Рассмотрим теперь вопрос об измерении параллаксов (расстояний) небесных тел от Солнечной системы с учетом эффекта слабого микролинзирования. Определение их прямым тригонометрическим методом, проведенное для большинства источников, может изменить существующую ныне шкалу, а это, в свою очередь, приведет к серьезному пересмотру некоторых задач астрономии.
Необходимо упомянуть: явления, связанные с нестационарностью пространства-времени в нашей Галактике, будут влиять на измерение параллаксов. Поскольку массы и скорости звезд, вызывающих эту нестационарность, в большинстве случаев неизвестны, то восстановить правильные значения расстояний невозможно. А искажения их могут быть столь велики, что параллаксы окажутся отрицательными. До сих пор это ассоциировалось с ошибками измерений. Теперь же необходимо признать: такая ситуация соответствует реальному физическому явлению.

В заключение отметим: действие нестационарных гравитационных полей нашей Галактики на распространение лучей света приводит к тому, что последние начинают двигаться по искривленным траекториям. Соответственно, направление на источник света не совпадает с прямой, соединяющей его и наблюдателя. И еще. Поскольку поля в Галактике нестационарны, то и направление света тоже меняется со временем. Другими словами, видимое положение источника на небе будет испытывать случайное «дрожание». Этот эффект аналогичен «дрожанию» звезды при прохождении света через турбулентную (Турбулентный - беспорядочный, бурный. Наиболее распространенное течение жидкости или газа, которое характеризуется сильным перемешиванием, интенсивным массо- и теплообменом (прим. ред.)) атмосферу Земли. Только в данном случае нестационарные течения воздуха приводят к изменению траектории фотонов от звезды в атмосфере. Разница заключается лишь в характерных амплитудах дрожания и временах. Размах вариаций координат, который вызывается микролинзированием, составляет величины порядка 1-50 мкс дуги, а времена - десятки или даже сотни лет. Отдельные «выбросы» могут достичь величин в сотни угловых микросекунд, однако это нестационарные процессы с характерным временем от нескольких месяцев до года. Они не могут оказать существенного влияния на построение фундаментальных астрометрических каталогов. Тем не менее через несколько десятков лет происходит полная смена положения практически всех реперных источников. Стало быть, каталоги высокой точности нужно пересматривать приблизительно каждые тридцать лет для установления новой опорной сетки небесных координат.

Микролинзирование, таким образом, устанавливает предел определения расстояний во Вселенной точными астрометрическими методами.

Доктор физико-математических наук Владимир ЖАРОВ, заведующий кафедрой небесной механики, астрометрии и гравиметрии физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, лауреат Премии им. Рене Декарта (Евросоюз);
доктор физико-математических наук Михаил САЖИН, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова

"Наука в России", № 2, 2007

Ключевым компонентом общей теории относительности является то, что массивный объект, такие как планеты, звезды, галактики или скопления галактик могут иметь драматические последствия для «ткани» Вселенной, известной как «пространство-время». В обычных условиях свет проходит через пространство по прямой линии, однако массивный объект искривляет пространство-время таким образом, что свет проходит по изогнутой траектории. Таким образом, мы можем в состоянии увидеть искаженный свет далеких галактик, который проходит через массивные галактики по пути на .

И конечно существует множество примеров, вызванных этим механизмов, известным как «гравитационная линза». Эти артефакты могут быть использованы для увеличения возможностей самых мощных телескопов.

На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббла и рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, кажется, что на нас смотрит «Чеширский кот». На самом деле, это скопление галактик находится на расстоянии 4 миллиардов световых лет от Земли в . Часть света этих галактик было деформировано и искривлено на своем пути через Вселенную, пока не достигло наших телескопов.

Эта диаграмма дает хорошее представление того, как работает гравитационная линза. Свет, исходящий от далекой галактики, проходит через пространство и огибает скопление галактик на переднем плане. Интересно, что масса скопления галактик на переднем плане имеет аналогичный эффект для этого дальнего света, как стеклянная линза, поставленная перед пламенем свечи. Гравитационная линза позволяет усиливать свет далеких галактик, создавая естественную линзу в пространстве, которые в противном случае бы остались слишком тусклыми, чтобы быть увиденными.

Конечно, выравнивание Земли, гравитационной линзы и далекой галактики не всегда идеально. Кроме того, объект на переднем планет, как правило, имеет неправильную форму. Эти факторы заставляют выглядеть далекие галактики как дуги. Одна и та же галактика с различными гравитационными линзами может быть спроектирована по-разному.

На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббл, представлено скопление галактик Abell 370, в котором можно увидеть несколько видимых дуг галактического света. Часто, для определения четких размеров, эти дуги могут быть реконструированы, чтобы показать, как галактика выглядит без искажений.

Это еще одно массивное скопление галактик Abell 2218, которое заполнено некоторыми потрясающими примерами гравитационно-линзовых галактик. Эти дуги – свет от галактик, расположенных от 5 до 10 раз дальше от Земли, чем скопление галактик. Abell 2218 усиливает слабый свет от галактик, которые существовали более 13 миллиардов лет назад, менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва. Эти дуги действительно являются артефактами начала времен.

Если выравнивание будет идеальным и объект-линза будет менее сложным, чем скопление галактик, то можно увидеть почти идеальные круги света или «подковы», где свет далекой галактики деформируется на 360 градусов вокруг объекта линзирования. Например, прохождение изолированной массивной черной дыры перед далекой галактикой может создать такую драматическую сцену.

Как видно на этом поразительном изображении, полученным Атакамской Большой Миллиметровой/субмиллиметровой Решеткой (сокр.: ALMA. англ.: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, свет далекой галактики сформировал полный круг, метко названный «кольцом Эйнштейна». Свет возник из древней звездообразовательной галактики под названием SDP.81 и является лучшим примером кольца Эйнштейна на сегодняшний день.

Иногда несколько изображений одного и того же объекта можно увидеть вокруг гравитационных линз. На этом изумительном изображении можно наблюдать древнюю сверхновую, которая была многократно увеличена массивной галактикой, содержащейся в скоплении MACS J1149.6 + 2223, расположенном в 5 миллиардах световых лет. Сама сверхновая расположена на расстоянии еще 4000000000 световых лет и четырехкратно преломилась вокруг объекта-линзы. Такое строение известно как «Крест Эйнштейна».