Гравитационное линзирование

Так как лучи света искривляются в поле Солнца, то, вероятно, массивные объекты можно использовать как линзы. Наблюдатель находится в точке O, в точке A находится источник света (например, галактика). Если в точке C находится массивный гравитационный объект (туманность, галактика или другое массивное тело), то из-за искривления хода луча, нам будет казаться, что наблюдаемый удаленный объект находится в точке B, то есть мы его как бы увеличиваем. Этот эффект называется гравитационным линзированием. Он наблюдаем только в том случае, если масса гравитационной линзы порядка масс Солнца и больше.

Конечно, гравитационная линза своим поведением сильно отличается от оптической в силу того, что теория гравитации принципиально нелинейна. Если бы удаленный объект находился на линии наблюдатель -- линза, то наблюдатель увидел бы кольцо -- кольцо Эйнштейна. Вероятность подобного совпадения мала (мы не имеем возможностей изменять какую либо из базовых точек), точечный источник будет виден как две дуги внутри и снаружи относительно кольца Эйнштейна. Впервые подобный объект был обнаружен в 1979 году. Он выглядел как две туманности с абсолютно одинаковым спектром излучения. Сейчас ведется поиск подобных объектов. Серьезно изучается вопрос о наблюдении структуры галактик с помощью этого эффекта.

С помощью подобного эффекта (гравитационного микролинзрования -- масса гравитационной линзы очень мала) были обнаружены коричневые карлики. Коричневые карлики -- это невидимые объекты не очень большой (по звездным меркам) массы. Если какой-либо коричневый карлик встанет на линию наблюдатель -- яркий объект, то наблюдается изменение яркости объекта. Коричневый карлик играет роль линзы. По изменению яркости и расстоянию до наблюдаемого объекта можно грубо оценить массу гравитационной линзы. Эти оценки показывают, что наблюдаемые таким образом объекты являются коричневыми карликами.

На данный момент не существует других способов зарегистрировать темный объект, кроме как использовать эффект гравитационной линзы.

Гравитационное излучение

Известно, что электромагнитное взаимодействие квантуется. Существуют частицы -- -кванты, которые переносят это взаимодействие. -кванты -- это фотоны из которых состоит луч света. Эйнштейн хотел написать общую теорию взаимодействия, которая объединила бы все известные типы взаимодействия в одно. Логично предположить, что существует некая частица, которая переносит гравитационное взаимодействие (следует отметить, что сам Эйнштейн был противником квантовой механики). Если есть кванты взаимодействия, то есть и гравитационное излучение. Очень заманчиво научиться делать приемники, которые улавливают это излучение, так как в этом случае мы получили бы еще один инструмент изучения Вселенной.

Попытки создать подобный приемник предпринимаются в данное время, но гравитационные волны на существующих установках (MAUTIGUS, AURIGA, EXPLORER -- название работающих установок) не обнаружены, что не удивительно, слишком уж гравитационное взаимодействие слабое.

Существуют другой, косвенный метод проверки гипотезы о существовании гравитационного излучения. В учебнике, написанном Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшицом, в параграфе 110 "Излучение гравитационных волн" была предложена и разобрана задача:

Задача: Два тела, притягивающиеся по закону Ньютона, движутся по круговым орбитам (вокруг их общего центра инерции). Определить среднюю (по периоду обращения) интенсивность излучения гравитационных волн.

Если предположить, что такой объект существует, то из-за потери энергии на гравитационное излучение происходит постепенное (как говорят вековое) сближение тел, а следовательно и увеличение частоты вращения. Скорость изменения частоты вращения двойной звезды со временем равна:

где -- угловая частота вращения двойной системы вокруг общего центра масс, -- гравитационная постоянная, и -- массы вращающихся тел, -- расстояние между телами.

Коэффициент перед весьма нетривиален. Если она верна, то это сильный довод в пользу существования гравитационных волн.

Несколько лет назад были опубликованы результаты (Тэйлор и Кол -- они получили за это Нобелевскую премию) наблюдения одного астрофизического объекта (изучение движения пульсара PSR 1913+16 в двойной системе). Объект представлял из себя систему двойной звезды. Партнеры в этой системы очень сильно отличались друг от друга (в паре есть пульсар). За этим объектом велись наблюдения в течении 14 лет (1975-89) -- он был очень хорошо изучен. Было обнаружено, что со временем период вращения уменьшается. Результаты были обработаны и полностью (с точностью до 1%) совпали с теорией (скорость изменения угловой частоты вращения полностью совпала с результатом формулы. При опубликовании результатов авторы ссылались на задачу в учебнике Ландау -- Лифшица. Вся теория была взята именно оттуда. На данный момент ведется очень активный поиск подобных объектов (по крайней мере, найдено еще два таких объекта).