(Sjá bloggpistilinn:  Nú mun þig svima! Þyngdarlinsur eru ógnarstór gleraugu alheimsins… )

Hafi einhvern sundlað við lestur pistilsins um Andromedu stjörnuþokunu þar sem líklega eru um 400.000.000.000 sólir  og fundið til smæðar sinnar, þá ætti hinn sami að spenna beltin áður en lengra er lesið .

Í þessum pistli ætlum við að skoða örlítið brot úr alheiminum og nota ótrúlegt fyrirbæri til að skyggnast milljarða ára aftur í tímann, og jafnvel virða fyrir okkur stjörnuþokur eða vetrarbrautir sem eru bakvið aðrar slíkar.  Við ætlum ekki að nota eiginlega tímavél, heldur ógnarstóran sjónauka sjálfrar náttúrunnar. Hann er svo stór, að jafnvel Andromeda væri varla stærri en ein lítil skrúfa í slíkum grip. Fyrirbærið kallast þyngdarlinsa og sést greinilega á myndinni hér fyrir ofan.  Þessi þyrping vetrarbrauta á myndinni kallast Abell 2218 og er í Drekamekinu og er í um tveggja milljarða ljósára fjarlægð. Ljósið er 2.000.000.000 ár á leiðinni til okkar, en við ætlum samt að skyggnast miklu lengra með hjálp þyngdarlinsunnar sem þyngdarsvið vetrarbrautaþyrpingarinnar miklu, og ekki síður hulduefnisins sem þar virðist vera gnótt af, veldur.

Á myndinni hér fyrir ofan má sjá aragrúa stjörnuþoka eða vetrarbrauta, þar sem hver um sig inniheldur milljarða sólna. Þetta eru sem sagt ekki fáeinar stjörnur sem við sjáum á myndinni, heldur þúsundir milljarða stjarna. Þetta er samt ekki nema örlítið brot af stjörnuhimninum, en myndin var tekin með því að láta Hubble sjónaukann sem er á braut umhverfis jörðu stara tímunum saman á örlítið brot á svörtum himninum þar sem engar stjörnur byrgja sýn.  Á þessari mynd eru sem sagt engar stjörnur sem við sjáum á himninum, og ekki heldur stjörnur sem sjást í bestu sjónaukum, heldur heilu stjörnuþokurnar eða vetrarbrautirnar. Örlítð brot af alheiminum, en samt ógnarstórt.

Hvar er svo þyngdarlinsan?

Umhverfis bjarta fyrirbærið sjáum við víða bogadregnar línur. Þetta eru eins og brot úr hringferlum með sameiginlega miðju. Þetta má sjá vítt og breitt um alla myndina, en miðja hringsins er dularfulla bjarta fyrirbærið vinstra megin. Þessar bogadregnu línur eru ekki þyngdarlinsan sjálf, því hún er ósýnileg eða gegnsæ eins og linsur eiga að vera. Hvað í ósköpunum er er þetta þá? Svarið er stjörnuþokur eða vetrarbrautir sem eru bak við bjarta fyrirbærið og náttúrulegi sjónaukinn birtir okkur.   Við sjáum því eiginlega í gegn um þetta bjarta fyrirbæri, því ljósið frá þessum fjarlægu stjörnuþokum sveigir fram hjá því, – í stað þess að fara eftir beinni línu !!!

Öll höfum við séð fjarlægar byggingar, hóla og fjöll, rísa upp fyrir sjóndeildarhringinn á heitum sumardögum þegar við sjáum ýmislegt í hillingum. Við vitum öll hvernig ljósið brotnar á leiðinni til okkar þannig að við sjáum sumt sem yfirleitt er hulið sjónum. Að nokkru leyti svipað því sem við erum að skoða, þ.e. þyngdarlinsur, en samt gjörólíkt.

Skoðum nú myndina hér fyrir neðan. Þar sjáum við hvernig svona þyngdarlinsa virkar. Við sjáum hvernig hinn gríðarmikli efnismassi, sem er milli jarðar og hins fjarlæga fyrirbæris, sveigir ljósið þannig að það fer í sveig framhjá hindruninni. Nánar hér. Myndin er þó arfavitlaus að einu leyti. Jörðin er auðvitað sýnd allt of stór, en þetta er jú bara skýringarmynd.

Tímavélin?

Við getum ekki sagt skilið við þyngdarlinsurnar án þess að nota tækifærið til að skyggnast óralangt aftur í tímann. Langleiðina að sköpun alheimsins!

Áður en við leggjum af stað þurfum við að læra smávegis til að skilja hvað er á seyði.

Á efstu myndinni sjáum við að sumar stjörnuþokurnar eru rauðlitar. Hvernig stendur á því?

Margir hafa veitt því athygli að hljóð flugvélar eru ekki þau sömu þegar hún nálgast okkur og þegar hún fjarlægist. Um leið og hún flýgur yfir höfði okkar breytist hljóðið. Tónninn lækkar. Ástæðan fyrir þessu eru svonefnd Doppler-hrif, en góð skýring á þeim eru hér á Vísindavefnum.

Heimurinn er allur að þenjast út. Þannig hefur það verið allt frá dögum miklahvells fyrir 13,7 milljörðum ára. Vetrarbrautir, eða önnur fyrirbæri, fjarlægjast hverja aðra með hraða sem vex með fjarlægðinni. Eftir því sem fjarlægðin er meiri frá okkur fjarlægist vetrarbrautin hraðar. Doppler hrifin gera það að verkum að tíðni ljóssins frá fjarlægu vetrarbrautinni lækkar. Mjög fjarlægar stjörnuþokur eða  vetrarbrautir verða gulleitar, ennþá fjarlægari appelsínugular og ógnarfjarlægar rauðleitar. Þess vegna kallast fyrirbærið rauðvik. Út frá rauðvikinu getum við metið fjarlægð, hraða og aldur fyrirbærisins. Á ensku kallast það redshift. Sjá greinina “Litbrigði og þróun vetrarbrautaþyrpinga”  hér.

Jæja, nú skulum við skoða myndina hér fyrir neðan, sem einnig er af Abell 2218 þyrpingunni. Á tveim stöðum hafa rauðleit fyrirbæri verið afmörkuð.  Hvað skyldi þetta vera? Jú þetta er fjarlægasta fyrirbæri alheimsins sem vitað er um. Það er svo langt í burtu að ljósið lagði af stað fyrir 13 milljörðum ára. Nú er alheimurinn 13,7 milljarða ára gamall, þannig að fyrirbærið var aðeins 700 milljón ára þegar ljósið lagði af stað. Sjá hér.

 

Við höfum nú ferðast nærri endimörkum alheimsins og erum komin heil á húfi til baka. Við höfum kynnst nokkrum af undrum veraldar og skynjum ef til vill betur stöðu okkar í alheimi. Heimurinn er ekki lengur óendanlega stór…

Í fyrirsögninni kölluðum við þyngdarlinsur gleraugu alheimsins. Við gætum í hálfkæringi alveg eins kallað þau gleraugu Einsteins,  því í almennu afstæðiskenningunni sagði hann þegar árið 1916 fyrir um það hvernig efnismikill hlutur sveigir tímarúmið þannig að ljósið fer ekki eftir beinni línu fram hjá honum.

Þyngdarlinsur eru magnað fyrirbæri.

Nú er það spurning dagsins:
Sundlar fleiri en mig við svona ferðalag um tíma og rúm?  🙂

  — — —

 Ítarefni:

 Bókin Nútíma stjörnufræði – frá sólkerfinu okkar til vetrarbrauta og endimarka alheimsins eftir Vilhelm S Sigmundsson kom út árið 2007.

“Leyndardómar himingeimsins í máli og myndum, allt frá reikistjörnum sólkerfisins til hvítra dverga, svarthola, vetrarbrauta og endimarka alheimsins. Fjallað er á aðgengilegan en ítarlegan hátt um nútíma stjarnvísindi og möguleika á lífi í alheimi”.

Frábær bók!