Δακτύλιος του Αϊνστάιν

Ο δακτύλιος του Αϊνστάιν, γνωστός και ως «δακτύλιος Αϊνστάιν–Χβόλσον» ή «δακτύλιος Χβόλσον», αποτελεί το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης σε σχήμα δακτυλίου, της εικόνας μίας μακρινής πηγής φωτός (π.χ. ενός γαλαξία ή ενός αστέρα), λόγω του φαινομένου της βαρυτικής εστίασης του από ένα από ένα άλλο αντικείμενο τεράστιας μάζας, όπως ένας γαλαξίας ή μια μαύρη τρύπα. Λόγω της βαρυτικής εστίασης το φως καμπυλώνεται και αν η πηγή, ο βαρυτικός φακός και ο παρατηρητής είναι όλα ευθυγραμμισμένα το φως εμφανίζεται ως δακτύλιος.

Ένας δακτύλιος του Αϊνστάιν, όπως φωτογραφήθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ

Εισαγωγή

Η γεωμετρία ενός δακτυλίου του Αϊνστάιν, λόγω ενός βαρυτικού φακού

Η βαρυτική εστίαση προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Αντί το φως από μια πηγή να κινείται σε ευθεία γραμμή (σε τρεις διαστάσεις), κάμπτεται λόγω της παρουσίας ενός σώματος τεράστιας μάζας, το οποίο παραμορφώνει τον χωροχρόνο. Ο δακτύλιος Αϊνστάιν είναι μια ειδική περίπτωση βαρυτικής εστίασης, που προκαλείται από την ακριβή ευθυγράμμιση της πηγής, του φακού και του παρατηρητή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα συμμετρία γύρω από τον φακό, προκαλώντας μια δακτυλιοειδή δομή.

Το μέγεθος του δακτυλίου του Αϊνστάιν δίνεται από την ακτίνα του Αϊνστάιν. Σε ακτίνια, είναι:

$\theta _{1}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {D_{LS}}{D_{S}D_{L}}}}},$

όπου

$G$ είναι η σταθερά της παγκόσμιας έλξης,

$M$ είναι η μάζα του βαρυτικού φακού,

$c$ είναι η ταχύτητα του φωτός,

$D_{L}$ είναι η απόσταση γωνιακής διαμέτρου από τον φακό,

$D_{S}$ είναι η απόσταση γωνιακής διαμέτρου από την πηγή,

$D_{LS}$ είναι η απόσταση γωνιακής διαμέτρου ανάμεσα στον φακό και την πηγή.

Σημειώστε ότι στον μη Ευκλείδειο χώρο (π.χ. στον καμπυλωμένο χώρο) γενικά ισχύει ότι $D_{LS}\neq D_{S}-D_{L}$.

Γνωστοί δακτύλιοι του Αϊνστάιν

Εκατοντάδες βαρυτικοί φακοί είναι επί του παρόντος γνωστοί. Περίπου μισή ντουζίνα από αυτούς είναι μερικώς δακτύλιοι του Αϊνστάιν με διάμετρο μέχρι ένα δευτερόλεπτο του τόξου, αλλά επειδή ούτε η κατανομή της μάζας των φακών δεν είναι απόλυτα αξονικά συμμετρική, ή η πηγή, ο φακός και ο παρατηρητής δεν είναι απόλυτα ευθυγραμμισμένοι, δεν έχει παρατηρηθεί ακόμα ένας τέλειος δακτύλιος του Αϊνστάιν. Οι περισσότεροι δακτύλιοι έχουν ανακαλυφθεί στην περιοχή συχνοτήτων ραδιοφώνου. Ο βαθμός πληρότητας που απαιτείται για μια εικόνα που φαίνεται μέσω βαρυτικού φακού να χαρακτηριστεί ως δακτύλιος του Αϊνστάιν δεν έχει ακόμη καθοριστεί.

Φωτογραφίες

• 
  Δακτύλιοι του Αϊνστάιν όπως παρατηρήθηκαν από το SLACS
• 
  Τοξοειδείς σχηματισμοί γύρω από τον SDSSJ0146-0929 αποτελούν παραδείγματα ενός δακτυλίου του Αϊνστάιν
• 
  Προσομοίωση μιας μαύρης τρύπας όπως διέρχεται μπροστά από έναν γαλαξία
• 
  Δακτύλιοι του Αϊνστάιν κοντά σε μια μαύρη τρύπα