在引力透鏡的作用下,光是否會發生藍移?

2020-12-05 天文在線

作為一名業餘愛好者,我對暗物質的了解僅僅是,它解釋了為什麼看上去宇宙膨脹的速率在增加。我想到的是,光傳播得越遠,它穿過的引力場就越多。這裡更近的光源指的是離哪裡更近的光源,引力場嗎,為什麼更近的光源有更大的平均紅移呢?不是說減少了紅移嗎?,給人一種膨脹的速率在增加的感覺?

光在宇宙傳播的過程中確實穿過了引力場。但好的一面是,光(除非光源在勢阱的中央)進入任何重力井都必須從中「爬」出來。所以穿過這些勢阱的光的引力都卜勒頻移是零。

我對此並不是完全確定,手頭上沒有相關資料可供查閱,但是回想起我對透鏡效應的印象,是透鏡另一側光源發出的光被放大了,並在光源周圍發生反射了嗎?這個效應的原理是什麼?光線是聚焦的,它會涉及到波的壓縮嗎?」,這就是關於我想法的邏輯鏈。

在引力透鏡中發生的是:光所在的區域變小了看上去光被聚焦了,所以表面的光度增加了-當然整體的亮度總是保持不變的。

為什麼光子(光源區域)在離開的時候不會發散,而和它們被聚焦之前的時候一樣。

當光線經過一個巨大物體的附近時,它們會向內彎曲,使得原本會在大面積上散開的光線都集中在一個地方。這就是為什麼物體的像看起來會更亮。這和光子從引力勢阱中穿梭時的得失能量是完全不同的效應。在這個網站上有一個非常棒的關於引力透鏡的輔導資料。

愛因斯坦的廣義相對論證明,一個具有極大質量的物體可以扭曲空間並使光路彎曲。所以像星系團這種大質量的物體可以看作一個引力透鏡。當一個在星系團後面的物體發出的光經過它時,光線被彎曲和聚焦,產生一個或多個光源的圖像。這個像可能是通過透鏡被放大、扭曲或倍增的,這取決於光源相對於透鏡的位置。

如果三個星體形成的直線不是完美的,那麼將會形成多個像而不是一個環了。右邊的這個物體叫做愛因斯坦十字,它展現了四個來自於一個遙遠類星體的像,這個類星體的紅位移量z=1.7(譯者註:z為光譜的位移指數,Z=△λ/λ),而被夾在中間充當透鏡的是一個紅位移量z=0.04的螺旋星系。哈勃望遠鏡獲取的圖片經過處理後將螺旋星系和類星體的圖像分離了出來。

當引力透鏡位於觀察者和遙遠的被成像物體的中間附近時,它的效果是最顯著的。透鏡效應對物體亮度的放大比例,隨著視線與「透鏡」距離的減小而增大。「透鏡」可以把物體的亮度放大許多倍,倍數甚至能超過100倍——這就意味著透鏡效應給我們提供了「看」到10倍距離以外的物體的可能性。(譯者註:觀測亮度與距離的平方呈反比,Brightness(觀測亮度)=Luminosity (實際亮度)/4pi(d)^2)

一顆恆星對銀河系中的一個物體的微引力透鏡作用,來自於大型天體物理緻密暈物體項目.

我們能夠看到三種類型的引力透鏡

恆星/星體遺蹟/褐矮星/行星-當銀河系中的一個物體從我們和一顆遙遠的恆星之間穿過時,它將聚焦遙遠星體(背景恆星)發出的光,並增強它們的亮度,如上圖的曲線所示。這種類型的引力透鏡效應在一個靠近我們銀河系的叫做大麥哲倫雲的小星系中被觀測到過幾次。

星系-大質量的星系同樣可以扮演引力透鏡的角色。星系後面的光源發出的光經過星系時被彎曲了,經過聚焦形成了一個或多個光源的像。

星系群-一個大質量的星系群可以形成來自它後方的一個遙遠物體的像,通常是以一段膨脹的弧(愛因斯坦環中的一個區域)的形式出現。星系群的引力透鏡效應能讓我們觀察到由於距離太遠或者亮度太微弱而不能直接觀測的物體。而且,能觀察到非常遙遠的物體意味著可以觀測到很久以前的現象,因此我們就能獲取早期宇宙的信息。

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相關焦點

  • 這就是為什麼光在引力場中會發生紅移或藍移原因
    包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測,並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示);通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。為了使GPS設備正常工作,我們需要了解兩件事:廣義相對論的時間膨脹,以及物體運動速度越快,體驗時間流逝的方式不同廣義相對論的引力紅移;光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
  • 光速相對於任何參考系不變,那為什麼會有光的紅移,藍移現象呢?
    圖註:與中間星系相比,近距離和遠距離的星系較少,但這是由於星系合併和演化的綜合作用,也無法看到超遠、超微弱的星系本身。在理解來自遙遠宇宙的光如何發生紅移時,有許多不同的效果在起作用。如果光在膨脹的空間中移動,其速度是否與潛在的空間膨脹有關?對於光速來說,紅移或藍移意味著什麼?
  • 天文學家曾觀測到紅移和藍移,那麼是否存在可觀測的紫移?
    紫移一直在發生。我們稱之為藍移。一顆恆星發出光,在地球上所觀察到的光的顏色取決於恆星相對於地球的運動。如果一顆恆星正在向地球移動,它的光就會偏移到光譜上更高的頻率段(光譜的綠色/藍色/紫色/紫外線/x射線/伽瑪射線端)。更高的頻移稱為「藍移」。圖解:紅移圖,藍移並不意味著物體最終變成藍色的。
  • 是什麼導致光發生紅移的?一個深層次的原因
    但是,如果我們把紅移和藍移歸結為運動(特殊相對論)和空間膨脹(廣義相對論)的共同作用,我們才能理解紅移和藍移。光,由於沒有靜止質量,但仍然攜帶著能量和動量,在宇宙中傳播時永遠不會減速。一個有質量的物體總是以比光速慢的速度運動——因為把它加速到光速需要無限的能量。
  • 在黑洞大引力面前,光在黑洞表面或內部會加速嗎?
    讓我們一起來看看,一束光從靠近黑洞到進入黑洞之後將發生哪些有趣的故事。為了簡化回答,我們下面淘來的黑洞都是完全球對稱的史瓦西黑洞。首先,為了解答這個問題,我們需要來了解一下黑洞的一些性質。就如這些天隨著人類首張黑洞照片科普的那樣,想必小夥伴們對黑洞的知識也已經有了一個大概的了解。黑洞就是那種質量超級大、引力超級強大的一種天體。
  • 天文學家是否觀察過「紫移」,它和藍移有什麼聯繫
    (圖解:藍移不代表一個物體最終變成藍色,而是整個光譜的頻率會上升。注意這是一個示意圖而不是實際數據;圖源:Christopher S. Baird)紫移時常發生,我們管它叫藍移。當恆星吸收光,在地球上觀察到的光的顏色取決於它相對地球的運動。
  • 研究發現引力透鏡效應下超新星亮度可達30倍—新聞—科學網
    據日本《讀賣新聞》4月29日報導,日本東京大學科維理宇宙物理學與數學研究所公布最新研究成果稱,在引力透鏡效應作用下
  • 在宇宙中是否存在藍移的星系呢?
    在仙女座星系,就存在一個小的藍移。給大家一點背景知識,如果你觀察來自遙遠星系的光時,會發現大部分的光都存在紅移現象。換句話說,當我們觀察一個星系時,我們知道該星系發出的光的波長是多少,但那只是預期的波長,而我們實際觀察到的波長一般比預期的波長要長得多。你可能知道,我們把星系的紅移現象解釋為宇宙在膨脹。
  • 是什麼導致光線發生紅移?
    今天,與膨脹的宇宙一起移動的銀河系比從它發出的光到達我們的年數(乘以光速)還要大得多。但是,只有將紅移和藍移歸因於運動(特殊相對論)和空間結構的擴展(一般相對論)兩者的結合,我們才能理解紅移和藍移。光由於沒有靜止的質量,卻仍然攜帶著能量和動量,因此在穿過宇宙時永遠不會減速。它只能以光速行進。
  • 引力透鏡平息了宇宙膨脹的爭論!
    簡單來說,由於時空在大質量天體附近會發生畸變,使光線在大質量天體附近發生彎曲造成的多重成像效應,使得觀察者可以看見在空間上被大質量天體所遮擋的光源,因類似凸透鏡的匯聚效應,故得名引力透鏡, 引力透鏡的來源就是愛因斯坦的廣義相對論!
  • 光的折射和透鏡考點分類解析第7課時 光的折射及透鏡
    考點說明:1· 探究並了解光的折射現象及其特點·2· 知道光的折射規律·3· 認識凹透鏡與凸透鏡對光的作用·知識建構:垂直入射時,光線傳播方向是否改變?答:斜入射:空氣中角大·垂直入射:方向不改變·3· 如何辨別凹透鏡與凸透鏡?
  • 你需要知道「紅移」和「藍移」
    一輛鳴喇叭的汽車從我們身邊經過,我們改變了感受到的音調,因為聲源靠近或遠離我們的耳朵,這會影響聲波。在宇宙中,其他天體不向地球傳輸聲音,但他們可以向地球發射光。如果恆星離地球較遠或越來越近,光的波長也會發生變化,從而影響光的顏色。
  • 光的明暗相間條紋是引力作用產生的
    牛頓提出光的&34;後曾取得了巨大的成功,但是由於&34;解釋不了光的幹涉衍射現象而被摒棄。由於自然科學發展的局限,牛頓的時代還認識不到光可以在引力作用下彎曲(發生偏轉),直到上個世紀科學家才在實驗中證實了這一點。就在西方物理學解釋電子雙縫幹涉實驗和延遲選擇實驗陷入迷茫之際的時候,我們認為是時候重振光的微粒假說,殺出一條血路、開創一條新路了。
  • 透鏡對光的作用你真的清楚嗎?
    凸透鏡對光有會聚作用,所以凸透鏡也叫會聚透鏡。凹透鏡對光有發散作用,所以凹透鏡也叫發散透鏡。這句話相信每個學了透鏡這個知識點的同學都知道,但很多同學也是在這裡受字面的限制,不能很好地進行理解和判斷。這些同學會認為光經過透鏡折射後如果會聚於一點,說明這個透鏡是會聚透鏡,反過來,光經過透鏡折射後如果是往外發散的,說明這個透鏡是發散透鏡。事實真的是如此嗎?我們以一道題為例:如圖所示是兩束雷射分別射向並通過甲、乙兩透鏡的傳播路徑。由圖可知:甲透鏡是____透鏡,乙透鏡是____透鏡。
  • 中國科學家發現強引力透鏡系統
    國家天文臺博士生文中略等人從國際巡天資料庫SDSS中發現了星系團強引力透鏡系統,這是我國學者首次從觀測數據中發現引力透鏡現象。 愛因斯坦廣義相對論預言:物質決定時空,引力使光線發生彎曲。
  • 一束被引力掰彎的光-引力透鏡效應
    人人都知道,光是沿直線傳播的,但是根據愛因斯坦的相對論,光也是可以沿曲線傳播的,並且人們真真切切觀測到了,怎麼回事呢?首先要明白什麼是引力?任何有質量的物體都可以使周圍的時空發生彎曲,從而使周圍的其他物質因為彎曲時空的影響而向他靠近,這就是引力。就像在一塊平直的布上,我們放上一個重物,會造成中間塌陷,於是周圍其他的物體由於這種塌陷彎曲,會向中間靠近。廣袤的宇宙中,巨大質量的恆星,黑洞都能造成時空的彎曲,而經過他們附近的光也不能倖免,傳播路徑也發生了彎曲。
  • 你需要知道「紅移」和「藍移」
    一輛鳴著喇叭的車從我們身邊經過,我們會感受到音調的變化,因為聲音源在不斷靠近或遠離我們的耳朵,從而對聲波產生了影響。 在宇宙中,其他的天體不會向地球傳遞聲音,但卻可以向地球傳遞光。如果一顆恆星距離地球越來越遠或越來越近,光的波長也會產生變化,從而影響光的顏色。
  • 光究竟是否能被引力彎曲?繼牛頓力學後,愛因斯坦為你解答
    :根據牛頓力學,確實,正因光是無質量的,引力才無法影響它。早在1912年,也是在愛因斯坦於廣義相對論的方程上取得最終突破的三年前,他寫下了一份有關因光的偏折所導致的最重要的現象之一的簡練描述:(幾何意義上的)引力透鏡的存在可能性。
  • 科學家利用微引力透鏡探測遙遠星系核心
    天然的引力「顯微鏡」或許為探測這些天體提供某種方式,近日,由愛丁堡大學博士研究生Alastair Bruce及其天文研究團隊發現了AGN亮度的變化,這或許能表明它們的存在,該團隊近日發表了他們的研究成果。一個AGN所輸出的能量大約與整個星系所有恆星具有的能量相等。絕大多數科學家都認為只有氣體源源不斷的落入一個超大質量黑洞才有可能釋放出如此龐大的能量。
  • 你需要知道「紅移」和「藍移」
    在宇宙中,其他的天體不會向地球傳遞聲音,但卻可以向地球傳遞光。如果一顆恆星距離地球越來越遠或越來越近,光的波長也會產生變化,從而影響光的顏色。恆星遠離我們時,光的波長變長,移向光譜的紅色端;恆星靠近我們時,光的波長變短,移向光譜的藍色端。