Sunčeva gravitacijska leća najčešće se spominje kao budući način izravnog snimanja dalekih egzoplaneta. Nova analiza Slavе Turysheva pokazuje da bi isti koncept mogao biti posebno vrijedan i za druge ciljeve, od bijelih patuljaka do supermasivne crne rupe M87*.
Teleskop bi morao otići daleko iza Plutona
Ideja Sunčeve gravitacijske leće oslanja se na jedno od osnovnih predviđanja opće teorije relativnosti. Masa Sunca zakrivljuje putanju svjetlosti, pa bi se taj učinak, uz dovoljno precizno postavljenu letjelicu, mogao iskoristiti kao golemo prirodno povećalo.
Takva letjelica ne bi bila blizu Zemlje, niti u uobičajenim područjima međuplanetarnog prostora. Morala bi se nalaziti otprilike 550 astronomskih jedinica od Sunca, daleko izvan orbite Plutona. S te udaljenosti mogla bi koristiti Sunčevo gravitacijsko polje za rekonstrukciju slika objekata koje današnji teleskopi ne mogu razlučiti u takvim detaljima.
Do sada se o toj ideji najčešće govorilo u kontekstu egzoplaneta. U teoriji, Sunčeva gravitacijska leća mogla bi dati slike planeta sličnih Zemlji na udaljenostima od nekoliko desetaka svjetlosnih godina, i to s razinom detalja koja bi bila nezamisliva za klasične teleskope.
No Turyshev u novom radu naglašava da egzoplaneti nisu jedina meta koja bi imala smisla. Dapače, za neke druge objekte Sunčeva gravitacijska leća mogla bi biti još praktičnija.
Egzoplaneti su slabi ciljevi, bijeli patuljci nisu
Velik problem kod snimanja egzoplaneta jest vrlo slab signal. Planet ne sjaji vlastitom svjetlošću kao zvijezda, nego uglavnom reflektira svjetlost svoje matične zvijezde. Čak bi i instrument koji koristi Sunčevu gravitacijsku leću morao dugo prikupljati fotone kako bi iz šuma izvukao dovoljno jasnu sliku.
Kod objekata koji sami emitiraju snažno zračenje situacija je drukčija. Tada se glavni izazov ne svodi samo na nedostatak fotona, nego na precizno kretanje duž žarišne linije, raspon svjetline koji detektor može obraditi i uklanjanje blještavila Sunčeve korone iz podataka.
Jedan od najboljih primjera su bijeli patuljci. To su ostaci mrtvih zvijezda, vrlo mali u usporedbi s običnim zvijezdama, ali iznimno sjajni. Po veličini mogu biti usporedivi sa Zemljom, no na nebu izgledaju toliko sitno da ih je današnjim instrumentima vrlo teško prostorno razlučiti.
Turyshev navodi da bi gravitacijska leća Sunca mogla promatrati bijeli patuljak udaljen oko 10 parseka s razlučivošću na razini nanoarksekundi. To bi otvorilo mogućnost snimanja detalja koji su sada izvan dosega: temperaturnih razlika na površini, struktura povezanih s magnetskim poljem i kamenitog materijala u akrecijskom pojasu oko zvjezdanog ostatka.
Drugim riječima, bijeli patuljak više ne bi bio samo točka sa spektrom i promjenama sjaja. Mogao bi postati objekt čija se površina stvarno proučava.
Sunčeva leća mogla bi izoštriti pogled na crnu rupu M87*
Jedan od najzanimljivijih primjera u Turyshevljevoj analizi odnosi se na M87*, supermasivnu crnu rupu u središtu galaksije M87. Event Horizon Telescope je 2019. objavio prvu izravnu sliku sjene crne rupe, što je bio jedan od velikih trenutaka moderne astronomije.
Ta slika, međutim, nije bila oštra fotografija u klasičnom smislu. Njezina razlučivost bila je na razini desetaka mikroarksekundi. To je bilo dovoljno da se prepozna prstenasto područje zračenja oko sjene crne rupe, ali ne i da se vide finiji detalji u plinu koji se ondje kreće pod ekstremnim uvjetima.
Prema Turyshevljevoj analizi, gravitacijska leća Sunca mogla bi u takvom promatranju postići razlučivost od oko 0,66 mikroarksekundi po pikselu. U odnosu na izvornu fotografiju Teleskopa Event Horizon, to bi bio velik iskorak.
Takva razlika ne bi donijela samo privlačniju sliku. Oštriji pogled na neposrednu okolinu crne rupe mogao bi pomoći u proučavanju zagrijanog plina, strukture akrecijskog toka i ponašanja materije u području gdje gravitacija određuje gotovo sve.
Sličan pristup mogao bi se primijeniti i na protoplanetarne diskove, ali ne na isti način kao kod običnog teleskopa. Takva gravitacijska leća ne bi bila prikladna za skeniranje cijelog diska širokog stotinjak astronomskih jedinica. Letjelica bi se za takav posao morala fizički pomicati duž žarišne linije, što bi bilo presporo i tehnički vrlo zahtjevno. Mnogo realniji cilj bio bi usmjeriti je na manji, posebno zanimljiv dio diska, primjerice na područje u kojem se možda upravo oblikuju planeti.
Najveći problem nije sama leća, nego njezino usmjeravanje
Najveća prepreka u ovoj ideji nije fizika gravitacijske leće. Sunce doista zakrivljuje svjetlost, a taj je učinak posljedica opće teorije relativnosti. Problem je u tome što se takav teleskop ne bi mogao ponašati poput današnjih svemirskih opservatorija, koji relativno lako mijenjaju cilj promatranja.
Letjelica bi se morala kretati duž žarišne linije povezane s odabranim objektom. To nije široko područje u kojem se teleskop može jednostavno okrenuti prema novoj meti. Ako bi se na udaljenosti od 650 astronomskih jedinica smjer promatranja trebao promijeniti za samo jedan stupanj, letjelica bi se morala premjestiti za udaljenost veću od razmaka između Zemlje i Saturna.
S današnjim pogonskim sustavima takav bi manevar trajao godinama, možda i desetljećima. I sve to samo za promjenu cilja za jedan stupanj na nebu.
Zbog toga takva vrsta gravitacijske leće još nije misija spremna za odobrenje i lansiranje. Za takav pothvat trebali bi nam brži pogonski sustavi, iznimno precizna navigacija, dugotrajna autonomija letjelice i instrumenti sposobni izdvojiti traženi signal iz blještavila Sunčeve korone.
Ipak, nova analiza jasno pokazuje zašto se astronomi stalno vraćaju ovom konceptu. Ako jednom postane izvediv, ne bi služio samo za potragu za oceanima na planetima oko drugih zvijezda. Mogao bi omogućiti izravno proučavanje površina bijelih patuljaka, odabranih područja u diskovima gdje nastaju planeti i okoline crnih rupa koja je danas još uvijek na granici mogućeg promatranja.