Lensa gravitasi

Simulasi

Pada gambar sebelah kanan adalah simulasi lensa gravitasi yang ditimbulkan oleh sebuah lubang hitam Schwarschild yang berlalu di depan sebuah galaksi. Citra sekunder galaksi tersebut dapat dilihat dalam jari-jari Einstein lubang hitam itu pada sisi yang berlawanan dengan galaksi itu. Citra sekunder berkembang (tetap dalam cincin Einstein) saat citra primer mendekati lubang hitam. Terang permukaan dari kedua citra itu tetap, tetapi ukuran sudut mereka berubah-ubah, dan karenanya menghasilkan penguatan terang galaksi seperti yang dilihat oleh pengamat di kejauhan. Penguatan maksimum terjadi ketika galaksi tersebut tepat berada di belakang lubang hitam itu.

Sejarah

Menurut relativitas umum, massa "melengkungkan" ruang-waktu menghasilkan medan gravitasi dan menyebabkan berbeloknya cahaya. Teori ini dibuktikan kebenarannya tahun 1919 saat terjadi gerhana matahari, ketika Arthur Eddington mengamati cahaya dari bintang-bintang yang berlalu dekat dengan matahari agak berbelok, sehingga bintang-bintang tersebut tampak agak tidak berada pada posisi sebenarnya.
Einstein menyadari bahwa juga mungkin benda langit membelokkan cahaya, dan pada kondisi yang benar, seseorang dapat mengamati citra ganda dari satu sumber, hal ini disebut lensa gravitasi atau kadang-kadang mirage gravitasi. Namun, karena Einstein hanya memperhitungkan pelensaan gravitasi oleh bintang tunggal, ia menyimpulkan bahwa fenomena itu mungkin tetap tidak teramati pada masa yang akan datang. Tahun 1937, Fritz Zwicky pertama kali memperhitungkan kasus dimana galaksi dapat bertindak sebagai sumber, sesuatu yang menurut perhitungannya mesti ada dalam jangkauan pengamatan.
Tidak sampai tahun 1979 lensa gravitasi pertama ditemukan. ia menjadi dikenal sebagai "Quasar Kembar" karena mulanya ia tampak seperti dua quasar identik; ia secara resmi diberi nama Q0957+561. Lensa gravitasi ini tak sengaja ditemukan oleh Dennis Walsh, Bob Carswell, dan Ray Weymann menggunakan teleskop 2,1 meter di Kitt Peak National Observatory.
Pada tahun 1980-an, para astronom menyadari bahwa paduan dari pencitra CCD dan komputer dapat memungkinkan terang dari jutaan bintang diukur tiap malam. Pada tempat yang padat, seperti pusat galaksi atau awan Magellan, banyak even pelensaan mikro tiap tahun berpotensi untuk ditemukan. Ini membawa pada usaha seperti Optical Gravitational Lensing Experiment, atau OGLE, yang mencirikan ratusan peristiwa yang demikian.

Mempelajari sumber latar

Lensa-lensa gravitasi dapat dipakai sebagai teleskop gravitasi, karena mereka mengumpulkan cahaya dari benda yang terlihat di belakangnya, membuat benda yang sangat redup tampak lebih terang, lebih besar dan karenanya lebih mudah dipelajari. Peneliti di Caltech telah menggunakan pelensaan gravitasi kuat dari gugusan galaksi Abell 2218 untuk mendeteksi galaksi paling jauh yang diketahui (15 Februari, 2004) melalui pencitraan dengan Teleskop luar angkasa Hubble. Benda pada jarak sedemikian biasanya tidak kelihatan, menyediakan informasi dari masa lalu yang tidak mungkin tanpa pelensaan gravitasi.
Sama seperti it, peristiwa pelensaan mikro dapat digunakan untuk memperoleh informasi tambahan tentang bintang sumber. Selain terang yang bertambah, peredupan tepi dapat diukur selama peristiwa pembesaran tinggi. Jika bintang sumber merupakan bagian dari sistem bintang ganda, gerakan orbit sumber tersebut kadang dapat diukur (disebut efek ksalarap, dengan analogi pada paralaks yang disebabkan oleh gerakan orbit dari bumi.

Mempelajari lensa depan

Pengamatan pelensaan gravitasi juga bisa dibalik untuk memeriksa lensa itu sendiri. Pengukuran langsung massa benda astronomis apapun jarang, dan selalu mendapat sambutan. Sementara kebanyakan pengamatan benda langit lain hanya peka terhadap cahaya yang dipancarkan, teori-teori umumnya mengenai sebaran massa. Membandingkan massa dan cahaya terutama melibatkan asumsi tentang proses astrofisika ayng rumit. Pelensaan gravitasi terutama berguna jika lensa tersebut sulit dilihat.
Pelensaan gravitasi mikro dapat memberi informasi tetnag benda langit kecil, seperti MACHO dalam galaksi kita, atau planet luar surya (planet di luar Tata Surya kita). Tiga planet luar Tata Surya ditemukan dengan cara ini, dan metode ini menjanjikan penemuan planet bermassa-Bumi di sekitar bintang mirip Matahari dalam abad ke-21. Kolaborasi MOA dan PLANET berfokus pada penelitian ini.
Pelensaan kuat dan lemah dari galaksi jauh oleh gugusan depan dapat memeriksa jumlah dan sebaran massa, yang didominasi oleh materi gelap yang tidak kentara. Selain menentukan berapa banyak materi hitam yang terkandung, distribusinya pada sistem ini tergantung pada properti termasuk massa dari partikel penyusun (yang tidak diketahui) dan bagian yang bertubrukan. Jumlah lensa gravitasi kuat di langit dapat juga dipakai untuk mengukur nilai parameter kosmologis, sebagian karena jumlah lensa kuat yang ditemukan relatif kecil (kurang dari seratus). Pelensaan gravitasi lemah dapat memperluas analisis dari gugusan paling masif ini dan, contohnya, merekonstruksi sebaran massa skala-besar. Hal ini sensitif terhadap parameter kosmologis termasuk rata-rata kerapatan materi, properti pengelompokannya dan konstanta kosmologis

Pencarian lensa gravitasi

Banyak lensa gravitasi dahulu ditemukan secara tidak sengaja. Pencarian lensa gravitasi di belahan bumi utara (Cosmic Lens All Sky Survey, CLASS), dilakukan pada frekuensi radio menggunakan Very Large Array (VLA) di New Mexico, membawa pada penemuan 22 sistem pelensaan baru, batu pijakan besar dalam sejarah lensa gravitasi. hal ini membuka jalan baru untuk riset dari pencarian benda yang sangat jauh sampai pencarian nilai parameter kosmologis agar pemahaman terhadap alam semesta menjadi lebih baik.
Pencarian yang sama di belahan bumi selatan akan menjadi langkah yang sangat baik untuk melengkapi pencarian di belahan bumi utara maupun mendapat hal lain untuk dipelajari. Seperti yang dapat diharapkan, jika pencarian demikian dilakukan menggunakan peralatan dan data yang terkalibrasi dan terparameter dengan baik, kita dapat mengharapkan mendapat hasil yang baik. Penggunaan data Australia Telescope 20GHz (AT20G) Survey dikumpulkan menggunakan Australia Telesope Compact Array (ATCA) merupakan kumpulan data yang demikian. Karena data yang dikumpulkan dengan instrumen yang sama menjaga kualitas data yang sangat ketat maka dapat diharapkan hasil yang baik dari riset tersebut. Survei AT20G adalah survei buta pada frekuensi 20 GHz pada domain radio pada spektrum elektromagnetik. karena frekuensi tinggi yang dipakai, peluang menemukan lensa gravitasi menjadi lebih besar karena jumlah relatif dari objek inti kompak (contoh quasar) lebih tinggi (Sadler et al. 2006). Ini penting karena pelensaan lebih mudah dideteksi dan diidentifikasi pada objek sederhana daripada objek yang rumit. Pencarian ini melibatkan pengukuran interferometrik untuk mengenali calon dan mengikutinya pada resolusi lebih tinggi untuk mengidentifikasinya. Rincian lengkap dari proyek tersebut sedang dikerjakan untuk dipublikasikan.