Astronomové poprvé zachytili Hubbleovým teleskopem dokonalý Einsteinův prstenec – jev, který nám pomáhá při pozorování nejvzdálenějších končin vesmíru.

V dokonalém zákrytu

Prstenec na náhledovém snímku poskytuje důkaz, že gravitace nemá vliv jen na hmotu, ale i na světlo. Ačkoli na něm můžete spatřit šest bodů, dva uprostřed, čtyři v prstenci, ve skutečnosti v něm vidíte tři objekty – dvojici galaxií uprostřed a jednu galaxii za nimi. Její světlo se rozpadá na čtyři tečky v prstenci.

Oba prostřední objekty gravitací deformují světlo galaxie z pozadí, takže z našeho pohledu fungují jako gigantická optická čočka. Jak to funguje?

Schéma gravitační čočky, které ukazuje, jak je obraz galaxie pozorovaný ze Země zdeformován gravitačním polem kupy galaxií. Tento jev přibližuje obraz vzdáleného vesmíru. | zdroj: NASA/JPL

Když paprsky světla ze vzdáleného zdroje (v tomto případě galaxie) prochází po dráze k pozorovateli (na Zemi) kolem hmotného objektu nacházejícího se mezi nimi (kolem shluku galaxií), gravitace jako optická čočka zakřivuje dráhu světelných částic. Zvětšuje tak z našeho pohledu objekty v pozadí. A okamžik, kdy jsou všechny tři objekty v přímce, vytváří Einsteinův prstenec.

Pohybující se světelné částice v silných gravitačních polích můžete vidět v následujícím videu:

Vznikající gravitační čočkování je přitom asymetrické. Objekty v pozadí jsou zvětšeny, ale i deformovány, takže vypadají jako šmouha vedle většího objektu.

Einsteinův prstenec, který zjevně není plným prstencem, můžete vidět ve starším snímku čočkování. Při něm prostřední shluk galaxií opět přiblížil objekty v pozadí, ale ne tak dokonale.

Gravitační čočka coby vesmírný smajlík. | zdroj: NASA

Až teprve při dokonalém zákrytu se šmouha rozprostře okolo celého objektu jako prstenec. Poprvé to astronomové prokázali v roce 1998, ale teprve nyní se podařilo zachytit téměř dokonalý Einsteinův prstenec.

Einsteinovy prstence zachycené Hubbleovým teleskopem. | zdroj: NASA/ESA

Studii o gravitační čočce vydal v roce 1936 v časopisu Science Albert Einstein pod názvem Čočce podobné působení hvězdy v důsledku ohybu světla v jejím gravitačním poli. Inspiroval ho k ní Rodák ze Vsetína Rudolf Welt Mandl, který mu ukázal návrhy a náčrty gravitačních čoček ve vesmíru. Einstein poté tento jev dokázal popsat detailním výpočtem.

Vesmír viděný čočkami

Ačkoli čočkování pokřivuje obraz v pozadí (ať už z něj dělá šmouhu nebo prstenec), moderní metody počítačové analýzy umí i z takových snímků vydolovat užitečná data.

Černá díra jako gravitační čočka. | zdroj: NASA/JPL

Světlo ze vzdálené galaxie čočkované shlukem galaxií na půli cesty k Zemi je jen jedním příkladem. Jiným je třeba čočkování černou dírou.

Existence čočkování je způsob, jak můžeme nalézt černé díry – pokud něco nesvítivého zakřivuje světlo ze svého pozadí, je to kandidát na černou díru.

Stejný postup je využíván i při měření množství temné hmoty. I když fyzika stále neví, z čeho přesně se temná hmota skládá, astronomové díky čočkování vědí, že existuje. 

V naší galaxii také může mikročočkování pomáhat zvětšovat objekty, které jsou příliš temné pro běžné pozorování pomocí sledování okolí černých děr. Pomocí čočkování už byly objeveny třeba planety poletující volně galaxií, aniž by obíhaly hvězdy.