kozmos.hr
Astronomija

Predstavljen koncept “gravitacijskog teleskopa”

Einsteinov prsten.
objavljeno

Znanstvenici sa Sveučilišta Stanford predstavili su u novom radu koncept tzv. „gravitacijskog teleskopa“—teleskopa koji bi za promatranje udaljenih planeta koristio svjetlost koju savija gravitacija Sunca.

Gravitacijske leće

Još 1915. godine, Albert Einstein u sklopu svoje opće teorije relativnosti iznio je pretpostavku da tijela velike mase iskrivljuju-prostor vrijeme, što se u praksi očituje kao gravitacijska sila. Jedna od stvari na koje ta sila, ako je dovoljno jaka, može utjecati je i svjetlost: velika nebeska tijela poput zvijezda, crnih rupa ili cijelih galaksija sposobna su iskriviti svjetlost koja dolazi do njih. Taj nam pak efekt, kada se nebesko tijelo koristi kao tzv. gravitacijska leća, omogućuje da vidimo što se nalazi iz naše perspektive iza njega, jer se pozadinska svjetlost iskrivi u tzv. Einsteinov prsten oko samog tijela. Einsteinovu teoriju potvrdio je Eddington već 1919. g. za vrijeme pomrčine Sunca, no ona je tek desetljećima kasnije počela dobivati na konkretnom značaju, i u teorijskom i u praktičnom smislu. Na primjer, suvremeni GPS sustavi uračunavaju relativistički učinak Zemljine gravitacije na njihovo djelovanje. No specifično za ovaj slučaj, najrelevantniji je teoretski rad stanfordskog profesora Vona Eshlemana, koji je 1979. detaljno opisao potencijalne primjene gravitacijskih leća.

Ovih dana skupina znanstvenika sa Sveučilišta Stanford predstavila je svijetu još jednu potencijalnu primjenu u obliku teleskopa koji bi, kada bi se uspio dizajnirati i postaviti na potrebno mjesto, bio u stanju iskorištavati gravitaciju našeg Sunca i njen efekt leće za promatranje egzoplaneta. Glavna zadaća Sunca, koje bi se po pravocrtnoj liniji moralo nalaziti točno između teleskopa i planeta koji se promatra, bila bi fokusirati svjetlost koja dolazi s planeta i tako uvećati sliku planeta. Princip je, dakle, ne toliko različit od uobičajenog staklenog povećala, samo što povećalo za fokusiranje svjetlosti koristi zakrivljenost stakla, a u ovom slučaju zakrivljen je sami prostor-vrijeme.

„Želimo stvoriti fotografije planeta koji kruže oko udaljenih zvijezda koje su jednako dobre kao fotografije planeta koji se nalaze u našem vlastitom sustavu“, izjavio je Bruce Macintosh, profesor fizike na Stanfordu i direktor Instituta Kavli za čestičnu astrofiziku (Kavli Institute for Particle Astrophysics, ili KIPAC). „S ovom tehnologijom, nadamo se stvoriti sliku planeta udaljenog sto svjetlosnih godina koja će imati jednak utjecaj kao slika Zemlje koju je slikao Apollo 8.“

Izlazak Zemlje snimljen iz Apolla 8 od strane astronauta Williama Andersa 24. prosinca 1968. Izvor: NASA.

Duboki svemir

Problem s tim teoretskim teleskopom, inače predstavljenom u radu u najnovijem broju znanstvenog časopisa The Astrophysics Journal (vol. 930, br. 1, svibanj 2022.), je što još uvijek nemamo tehnologiju dovoljno razvijenu za njegovu implementaciju. Naime, teleskop bi funkcionirao tako što bi promatrao Sunčevu gravitacijsku leću, odnosno prsten iskrivljene svjetlosti sa planeta koji se formira oko Sunca. Nakon toga, pomoću algoritma razvijenog prije nekoliko godina, isto u institutu KIPAC, iz te uhvaćene iskrivljene svjetlosti iščitala bi se ispravna slika planeta. Ta bi slika u konačnici, dakle nakon provlačenja kroz algoritam, morala izgledati isto kao da je planet fotografiran direktno, samo mnogostruko bolje kvalitete uslijed fokusiranja koje je izvršila leća. „Kroz ispravljanje svjetlosti koju je iskrivilo Sunce“, govori autor algoritma Alexander Madurowicz, „možemo stvoriti sliku koja je daleko iznad onoga što nam nudi običan teleskop. Dakle, znanstveni potencijal iza te ideje ogroman je jer otvara mogućnosti koje sada ne postoje.“

Gravitational lensing
Shematski prikaz korištenja Sunca kao gravitacijske leće. Izvor: Alexander Madurowicz / KIPAC.

I tu nastaje problem: teleskop koji bi vršio takve opservacije morao bi se nalaziti vrlo daleko od Sunca. Točnije, morao bi se nalaziti oko 14 puta dalje od Sunca nego se nalazi Pluton, a on je udaljen od njega 39 AJ, odnosno 5,9 milijardi kilometara. Ne treba previše naglašavati da nam je ta regija svemira u praktičnom smislu potpuno izvan dohvata ruke u ovom trenutku. Drugim riječima, tehnologija svemirskih letova za sada još uvijek nije na dovoljno visokoj razini za takav pothvat, i čak kada uspijemo fizički izraditi teleskop koji će se time baviti, morati ćemo pronaći način za njegovo brzo slanje na poziciju i pozicioniranje. S trenutnom tehnologijom, put do željenog mjesta trajao bi više od sto godina, no uz tehnološke napore, u nadolazećim desetljećima nadamo se smanjiti vrijeme putovanja na samo 20 do 40 godina.

Od svih letjelica koje smo lansirali u svemir, njih samo pet do sada je izašlo iz Sunčevog sustava. To su Voyager 1 (lansiran 1977., trenutno na 156 AJ), Voyager 2 (lansiran 1977., trenutno na 130 AJ), Pioneer 10 (lansiran 1972., nepoznata udaljenost), Pioneer 11 (lansiran 1973., nepoznata udaljenost) i New Horizons (lansiran 2006., trenutno na više od 50 AJ).

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

Moskal, Emily. „Stanford scientists describe a gravity telescope that could image exoplanets“. Stanford News, 2022. https://news.stanford.edu/2022/05/02/gravity-telescope-image-exoplanets/ (3.5.2022.).

Madurowicz, Alexander i Bruce Macintosh. „Integral Field Spectroscopy with the Solar Gravitational Lens“. The Astrophysics Journal, vol. 930, br. 1, svibanj 2022., https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac5e9d (3.5.2022.).

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.