עידוש כבידתי

עידוש כבידתי (Gravitational Lensing) קורה כשקרני אור מתעקמות סביב גוף עם מסה רבה. העקמומיות נגרמת על ידי עיקום המרחב-זמן, כפי שמתארת תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. ההתעקמות יוצרת בלאו הכי הסחה, הגדלה ועיוות של דמות המקור.

במקרים רבים ראייתנו של אובייקט שונה מהמיקום האמיתי שלו. לפעמים רואים כמה דמויות של אותו המקור, ולעיתים טבעת שלמה שנקראת טבעת איינשטיין (Einstein ring) אם המקור, העדשה והצופה מיושרים בדיוק. רעיון העידוש הוזכר כבר בשנות ה־20 ונוסח מתמטית על ידי איינשטיין.

לפי תורת היחסות הכללית, מסה-אנרגיה מעקמת את המרחב-זמן. קרני אור נעות לפי הגיאודזות, המסלולים ה"ישרים" במרחב מעוקם. לכן אור שעובר ליד גוף מסיבי יתעקם, בכמות שתלויה במסת הגוף ובמרחקו מהקרן.

גוף בעל סימטריה כמעט כדורית פועל כמו עדשה קמורה. כשהמערכת מיושרת צירית נוצרות טבעות איינשטיין. כשהמקור קצת מוסט, הסימטריה נשברת ומתקבלות בדרך כלל שתי דמויות מעוותות או קשתות על הטבעת.

- עידוש חזק (Strong lensing): אפשר לראות בטלסקופ דמויות מעוותות או טבעות.
- עידוש חלש (Weak lensing): עיוותים קטנים שצריך לנתח סטטיסטית כדי לגלות.
- מיקרו-עידוש (Microlensing): אין עיוות מרחבי גלוי, אלא שינוי בבהירות עם הזמן. מיקרו-עידוש משמש לגילוי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש.

עדשות כבידה משפיעות על כל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית, לא רק על האור הנראה. אסטרונומים משתמשים בעידוש חלש ברקע הקוסמי ובעידוש חזק בתצפיות באור נראה, רדיו ורנטגן.

בהתקרבות לשדה חלש אפשר להשתמש בקירוב "עדשה דקה". זווית ה־Einstein (זווית איינשטיין) היא פרמטר מרכזי בעידוש. היא תלויה במסת העדשה ובמרחקים בין הצופה, העדשה והמקור. זווית איינשטיין קובעת את ההפרדה הזוויתית בין הדמויות ואת עוצמת ההגדלה.

אם המקור מוסט בזווית β ביחס לציר העדשה, בדרך כלל נוצרות שתי תמונות עם זוויות שונות. ההגברה (הגדלה נראית) תלויה ביחס β/θ_E; כאשר המקור קרוב מאוד לציר, ההגברה גדלה.

עידוש כבידתי מגדיל את הגודל הזוויתי של מקור ברקיע ולכן מגדיל את הבהירות הנראית שלו. זה מאפשר לראות עצמים מרוחקים וחיוורים שאחרת לא היינו רואים בטלסקופ.

אחת ההשערות לגבי חומר אפל טוענת שהוא יכול לכלול גופים מסיביים ודחוסים שאינם מפיצים אור. גופים כאלה נקראו MACHO (רקם ראשי: Massive Compact Halo Objects). ב־1986 פול פצ'ינסקי הציע לבדוק את רעיון ה־MACHO בעזרת מיקרו-עידוש בכוכבים של הענן המגלני הגדול (גלקסיה לוויינית קרובה).

תצפיות ארוכות הראו פחות אירועי מיקרו-עידוש ממה שחזו התאוריות שהמילו את ההילה ב־MACHO. לפי תוצאות ניסויים אלה, גופים דמויי MACHO יכולים להסביר לכל היותר כ־20% מהמסת החומר האפל בהילה של שביל החלב. המשמעות היא ש־MACHO אינם הפתרון היחיד לבעיית החומר האפל.

עידוש כבידתי זה כשכוח הכבידה של משהו כבד מעקם את האור. זה דומה לעדשה שמשנה את הדרך שבה האור עובר.

אם מקור, עדשה וצופה עומדים על קו אחד, הפורמט יכול להיראות כמו טבעת. טבעת כזו קוראים לה טבעת איינשטיין. לפעמים רואים שתי תמונות של אותו הדבר.

מסה גדולה מעקמת את המרחב-זמן. אור עוקב אחרי הדרך המעוקמת. לכן אור שעובר קרוב לגוף כבד נשבר ועושה תמונה מעוותת.

- עידוש חזק: רואים קשתות או טבעות בטלסקופ.
- עידוש חלש: העיוותים קטנים וקשים לראות.
- מיקרו-עידוש: לא רואים עיוות, אבל העוצמה (בהירות) של הכוכב משתנה.

מיקרו-עידוש יכול לעזור לגלות כוכבי לכת רחוקים.

עידוש מגביר בהירות. זה עוזר לראות עצמים רחוקים וחיוורים.

חוקרים בדקו אם חלק מהחומר האפל הוא גופים כבדים ולא זוהרים שנקראים MACHO. ניסויים ראו פחות אירועים ממה שחזו. לפי התצפיות, MACHO יכולים להסביר רק חלק קטן מהמסת החומר האפל, בערך עד 20%.