Ptáte se, co může být nového na obyčejné gravitační čočce? No – zas tak úplně nového přece jenom nic, z teorie relativity jejich existence vyplývá pro celé elektromagnetické spektrum. Ovšem jedna věc je vědět, že takový jev existuje, a druhá věc je ho pozorovat. O pozorování se gravitační čočky v oboru gamma – tedy v tom nejenergetičtějším záření elektromagnetického spektra, které z vesmíru dovedeme zachytit – se nedávno postaral teleskop Fermi.

Dotyčný objekt těšící se tomuto prvenství se jmenuje B0218+357. Zmíněný zdroj je mezi astronomy starý známý. Svého času se na něm snažili ověřovat Hubbleovu konstantu. Jedná se o tzv. blazar, tedy kvasar, u něhož máme to štěstí, že proud hmoty jednoho z polárních výtrysků je nasměrován k naší rodné hroudě. Jenže tento blazar je výjimečný ještě tím, že mezi ním a Zemí se nachází spirální galaxie podobná naší Mléčné dráze. Toto uspořádání má – přesně dle předpovědi obecné teorie relativity – za následek, že bližší galaxie tzv. čočkuje blazar vzdálený od nás přibližně 4 miliardy světelných let.

Gravitační čočka

Ti z čtenářů, kteří jsou vybaveni obecnými znalostmi ohledně gravitačních čoček, mohou následující řádky směle přeskočit, patrně se tu nic nového nedozvědí.

Gravitační čočku může zprostředkovat v principu jakýkoli dostatečně hmotný objekt, typicky černé díry, galaxie, kupy galaxií. Takový objekt deformuje prostor kolem sebe dostatečně silně, aby se paprsky procházející v jeho blízkosti nepohybovaly přímo, ale aby jejich dráha byla ohýbána směrem k tělesu. Efekt je tím silnější, čím je čočkující těleso hmotnější a čím kratší je vzdálenost mezi čočkujícím a čočkovaným objektem. V ideálním případě, kdy jsou všechna tělesa přesně  v jedné přímce, bude vzdálenější objekt ze Země vidět jako tzv. Einsteinův prstenec, obklopující bližší těleso. Takový případ však nastává jenom zřídka. Obvykle jsou oba objekty z našeho pohledu mírně vyosené, a tak je vzdálenější těleso zobrazeno jako větší množství většinou obloukových obrazů. Perličkou by mohly být pochybnosti samotného Einsteina ohledně toho, že by lidstvo mohlo někdy mít takové štěstí, aby se vyskytla příznivá konstelace pro pozorování gravitační čočky. Dnes se jev zvaný gravitační mikročočka dokonce využívá pro pozorování extrémně vzdálených exoplanet.

Blazar v představách výtvarníka

Takto vypadá B0218 357 z pohledu Hubbleova kosmického dalekohledu. Oba dva jasné obrazy od sebe dělí třetina obloukové vteřiny. Což je v současné době dosažitelné maximum.

Technika pozorování

Ač se to na první pohled možná nezdá, jedná se o skutečně průlomové pozorování. V současné době totiž nemáme žádný rentgenový teleskop s takovým úhlovým rozlišením, aby byl schopen zobrazit obdobný Einsteinův prstenec, jaký známe z viditelného a blízkého UV a IR spektra. Jak to tedy sonda Fermi zařídila? V principu se jedná o nápad starý srovnatelně jako Fermi: jde o využití příznivých okolností v podobě uspořádání, kdy čočkující a čočkovaný objekt nejsou uspořádány přesně za sebou. Pak jednak pozorujeme více obrazů vzdálenějšího objektu, přitom záření každého obrazu muselo projít různě dlouho dráhu, takže vzhledem ke konečné a stálé rychlosti světla budou obrazy vůči sobě vykazovat časový posun. Je to dobře pochopitelné, když se podíváte na interaktivní grafiku,  publikovanou k této příležitosti na stránkách NASA. Z obrázku je také patrná závislost časového posunu obou obrazů na míře vyosení obou objektů a hmotnosti čočkujícího objektu. Samozřejmě je pro podobné pozorování důležitý také výběr vhodného objektu, který musí být dostatečně silný a zároveň nestálý (musí blikat) na to, aby bylo možné dle síly jednotlivých záblesků různé obrazy odlišit a zároveň je přiřadit jednomu zdroji. K tomu účelu jsou jako stvořené právě blazary, jejichž proměnlivost je pověstná.

Za nejzajímavější výsledek pozorování bylo označeno zpoždění rentgenových emisí, které je o den větší než v rádiovém oboru. Z toho lze soudit, že rentgenové emise vznikají v jiné oblasti než rádiové, takže se k nám vydávají mírně odlišnou trajektorií odpovídající také jinému zpoždění.

Pozorování změn jasnosti blazaru v různých oborech elektromagnetického spektra nám zase může mnohé napovědět o velikosti oblasti, ve které to které záření vzniká. Skutečnost, že rentgenové záření může během jednoho dne zesílit až desetinásobně oproti 10-ti procentům za stejný čas ve viditelném světle nebo rádiovém záření, ukazuje na mnohem menší velikost oblasti, ve které jsou rentgenové emise emitovány.

Porovnání rentgenového a rádiového záření u dalších podobných systémů nám může odhalit nový pohled na fungování polárních výtrysků hmoty u černých děr, nebo může pomoci zpřesnit některé kosmologické veličiny jako Hubbleova konstanta, popisující expanzi vesmíru.

Podrobnější informace by se měla objevit v The Astrophysical Journal Letters.

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/
http://cs.wikipedia.org/
http://iopscience.iop.org/
http://en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
http://www.symmetrymagazine.org/sites/default/files/legacy/images/200912/article05_image01.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/b0218_hubble_acs.jpg?itok=9YI3GEPB
http://www.nasa.gov/sites/default/files/319443main_agn_frame_lg.jpg?itok=QTcz9gDA