Keď Albert Einstein sformuloval opis gravitácie ako prejav zakriveného časopriestoru, čakala ho neľahká úloha – dokázať, že je to naozaj tak. Jednu z predpovedí mal takmer zadarmo.
Dráha Merkúru okolo Slnka sa postupne stáča, odborne hovoríme, že ide o precesiu perihélia. Tento jav bol dobre známy a Einsteinova teória si mohla odškrtnúť prvé víťazstvo – presne to totiž predvídala, dokonca aj s presnou číselnou hodnotou.
Meranie ohybu svetla
Druhý test bol zložitejší. Už Newtonova teória gravitácie, s prižmúrenými očami, predvídala ohyb svetelných lúčov vplyvom pôsobenia hmotných telies. Einsteinova teória však tento ohyb predpovedala väčší. A tak, aby Einsteinovu teóriu vedci otestovali, rozhodli sa zmerať ohyb lúčov v blízkosti veľmi hmotného telesa – Slnka. Lúče zo vzdialených hviezd, ktoré Slnko tesne míňajú, sa mierne ohnú. To znamená, že danú hviezdu uvidíme na oblohe na trochu inom mieste, než je bežné. Problémom je, že Slnko svieti jasnejšie ako hviezdy, preto ich nevidíme. Situácia sa však zmení počas zatmenia Slnka, keď Mesiac tento silný zdroj svetla odtieni, a tak sa dá vidieť, že sa hviezdy v jeho blízkosti zdanlivo pohli. A nie podľa Newtonovej predpovede, ale podľa Einsteinovej.
V prípade Slnka ide iba o mierny efekt. Z nášho pohľadu je Slnko masívne, no z vesmírneho hľadiska je zrnkom prachu. Trvalo niekoľko rokov, kým si ľudia uvedomili, že oveľa hmotnejšie objekty, napríklad galaxie či kopy galaxií alebo objekty, ktoré sú oveľa hustejšie ako čierne diery, dokážu vplyvom gravitácie obraz deformovať omnoho viac.
Deformácia či zmena jasu
Ak napríklad dôjde k vhodnej konštelácii a na jednej priamke ležíme my, vzdialená galaxia a niečo veľmi hmotné medzi nami, vznikne tzv. Einsteinov prstenec. Lúče letiace zo vzdialeného zdroja sú ohnuté a vidíme ich prichádzať akoby z okolia hmotného objektu medzi nami – okolo vzniká svietiace halo. V prípade takejto výraznej deformácie hovoríme o silnom šošovkovaní.
Existuje aj príklad slabého šošovkovania, keď dochádza len k miernej deformácii, ktorú by sme si ani nevšimli, keby sme sa pozreli na jediný objekt. Keď sa však pozrieme na väčšie množstvo, štatisticky vieme určiť, že niečo nesedí, napríklad že galaxie sú viac natiahnuté jedným smerom. Dokážeme identifikovať aj ešte miernejší efekt, mikrošošovkovanie, pri ktorom dochádza iba k zmene jasu.
Pohľad na ďaleké objekty
V astronómii má tento efekt rôznorodé využitie. Napríklad nám umožňuje vidieť vzdialené objekty, ktoré by boli pre nás bez neho neviditeľné. Koncom marca bol zverejnený výskum, keď sa pomocou Hubblovho teleskopu a gravitačnej šošovky podarilo odhaliť doteraz najvzdialenejšiu hviezdu – Earendel, z ktorej k nám svetlo putovalo takmer 13 miliárd rokov, teda väčšinu veku vesmíru. Aj predošlý rekordér v tejto disciplíne, hviezda Icarus, bola objavená týmto spôsobom.
Keďže efekt gravitačnej šošovky závisí od hmotnosti telesa, ktoré ho vytvára, môže slúžiť ako astronomická váha – hmotnosť objektu určíme pomocou toho, aký výrazný ohyb lúčov spôsobuje. Je to veľmi užitočné vtedy, keď je objekt inak neviditeľný, napríklad ak ide o tmavú hmotu. Tá je bežnou súčasťou kôp galaxií. Tie sú za bežných okolností tvorené svietivou hmotou, ktorú vidíme – teda z nej zachytávame elektromagnetické žiarenie – a tmavou hmotou, ktorá zasa dominuje hmotnosti, a teda efektu gravitačnej šošovky. Zaujímavá vec sa stane, keď sa zrazia dve kopy galaxií – pri zrážke sa oddelí hmota od tmavej hmoty. To sa dá vidieť tak, že z trochu iného miesta prichádza elektromagnetické žiarenie, teda sa tam nachádza bežná hmota, a na trochu inom mieste dochádza k gravitačnému šošovkovaniu, čiže tam je vplyvom tmavej hmoty väčšina hmotnosti.
Gravitačné šošovkovanie poznáme viac ako storočie, aj keď jeho prvé pozorovanie – ten istý objekt bolo vďaka nemu na oblohe vidno dvakrát – prišlo pred ani nie polstoročím. Ako sa však zlepšujú technológie a aj naše porozumenie vesmíru, naberá tento efekt na význame. V budúcnosti bude pravdepodobne zohrávať dôležitú úlohu pri výskume exoplanét. Vesmírny teleskop Jamesa Webba s ním počíta pri hľadaní prvých hviezd, ktoré vo vesmíre vôbec existovali. Máme sa na čo tešiť.
Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
