általában azt tanítják, hogy vákuumban a fény mindig egyenes vonalakban halad. Bár ez a helyzet a Földön sok helyzetben, amikor az univerzumra nézünk, a helyzet bonyolultabb. Einstein általános relativitáselmélete a gravitációt görbületként vagy láncolatként írja le a téridő szövetében. A hatalmas tárgyak ezért a téridő kontinuum elvetemülésével hozzák létre gravitációs mezőjüket. A fénysugarak geodéziának nevezett utakon haladnak át az univerzumon, amelyek lényegében a legrövidebb távolság az ívelt tér két pontja között.
sík síkban, például a Föld felszíne közelében lévő szinte állandó gravitációs mezőben a geodézia lényegében egyenes. A tágabb univerzumban azonban nem ez a helyzet. Ívelt felületeken, például a nagy léptékű univerzum megvetemedett téridején, a geodézia ívelt.
emiatt a legvalószínűbb, hogy minden általunk észlelt fénysugár kis mértékben eltérült, amikor az űrben halad. Ezt a különböző galaxisok és galaxishalmazok gravitációja okozza, amelyeket egy fénysugár áthalad az útján.
gravitációs lencseként ismert, a természetnek ez a rendkívüli tulajdonsága Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint a 20.század elején létezett. A matematika azt mutatta, hogy bármely hatalmas égi tárgy hajlíthatja az elhaladó fénysugarakat ugyanúgy, mint egy üveglencse hajlítja a fényt egy távcsőben vagy mikroszkópban. Az elhajlás mértéke azonban csekély volt, ezért különleges feltételeknek kellett teljesülniük ahhoz, hogy a teleszkópok észlelhessék.
(balra) illusztrációk a lencse tömegének egy körkörösen szimmetrikus képre gyakorolt hatásáról. (Jobbra) az Abell 2218 galaxishalmazban erősen lencsés ívek láthatók a klaszter körül. Minden háttér galaxis gyengén lencsés. Hitel az Abell 2218-hoz: NASA, ESA és Johan Richard (Caltech, USA).
1919-ben ezeket a feltételeket teljesítette a teljes napfogyatkozás előfordulása egy gazdag csillagmezőben. Arthur Eddington Brit asztrofizikus vezette expedíciókat küldtek. A napfogyatkozás pillanatában a csillagászok megfigyelték a csillagfény eltéréseit, amelyeket a nap gravitációs mezője okozott. Amikor összehasonlították eredményeiket Einstein előrejelzéseivel, azt találták, hogy megegyeznek. Ez az eredmény kulcsszerepet játszott Einstein elméletének kísérleti bizonyításában.
Einstein jegyzetfüzetei azt mutatják, hogy körülbelül hét évvel korábban rájött, hogy ha egy megfigyelő a megfelelő távolságra helyezkedik el, akkor az égi tárgy körül elhajló fénysugarak konvergálnak, hogy nagyított képet készítsenek. Ez egy erős gravitációs lencse néven ismert jelenség. Például ahhoz, hogy a napot gravitációs lencseként használják egy távolabbi égi tárgy képének kialakításához, a megfigyelőnek legalább 550-szer távolabb kell lennie a naptól, mint a Föld.
gyenge gravitációs lencsében a fénysugarak nem térnek el eléggé a kép nagyításához, ehelyett finom torzulásokat vezetnek be. Bár az egyes galaxishalmazoktól való eltérés önmagában gyakorlatilag nem észlelhető, a kumulatív hatás finom torzulást kölcsönöz a távoli galaxisok képeinek, amelyekre csak a mérésekből lehet következtetni. A csillagászok ezt a hatást kozmikus nyírásnak nevezik.
2000-es első észlelése óta a cosmic shear megbízható és robusztus kozmológiai szondává fejlődött, amely méréseket nyújt az univerzum tágulási történetéről és szerkezetének növekedéséről. Korlátokat szabott az anyag sűrűségére az univerzumban, a galaxisok csoportosulásának mennyiségére az univerzumban, valamint a sötét energia viselkedésére. Mindhárman közel álltak a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás mérésével kapcsolatos elméleti elvárásokhoz, és ez növelte a technika iránti bizalmat.
a gyenge gravitációs lencse illusztrációja. Forrás: NASA, ESA és R. Massey.
gyenge lencse esetén maga a lencse a sötét anyag kiterjesztett eloszlása a galaxisok sűrű háttere előtt. A sötét anyag gravitációs mezője miatt minden háttérgalaxis nagyon kissé torz. A háttérgalaxisok torzulásai nem véletlenszerűek, hanem igazodnak a sötét anyag sűrűségeloszlásához. Így a háttérgalaxisok együttes vizsgálata felfedi az előtér szerkezetének nyíróképét.
az egyes háttérgalaxisok vöröseltolódásának mérésével lehetővé válik a sötét anyag struktúráinak szétválasztása, amelyek különböző vöröseltolódásokon helyezkednek el. Megfelelő mennyiségű háttérgalaxissal különböző vöröseltolódásokkal elvégezhetjük a sötét anyag struktúráinak tomográfiáját. Az Euklidész ezt úgy fogja megtenni, hogy megméri az 1, 5 milliárd háttérgalaxis torzulásait, amelyek az univerzum 10 milliárd fényévére nyúlnak át, hogy háromdimenziós képet alkossanak univerzumunk sötét anyag eloszlásáról.
ezzel az információval a kozmológusok képesek lesznek arra következtetni, hogy a Galaktikus struktúrák nagyszabású eloszlása a kozmikus történelem során felépült. Ez segít nekik meghatározni az ilyen struktúrák növekedésének sebességét. Ennek eredményeként erős korlátokat fog biztosítani a sötét anyag és a sötét energia természetére és mennyiségére az univerzumban, amelyek egyaránt befolyásolják a növekedés ütemét.
1: Mission science
2: Mi a sötét anyag?
3: Mi a sötét energia?
4: Mi a gravitációs lencse?
5: mik azok a barionos akusztikus rezgések?
6: Legacy tudomány (túl kozmológia)