Co to jest łuk grawitacyjny?
Łuk grawitacyjny (gravitational arc) to charakterystyczny zakrzywiony lub pierścieniowy obraz odległego obiektu astronomicznego (galaktyki tła, kwazara) powstały w wyniku silnego soczewkowania grawitacyjnego przez masywny obiekt – gromadę galaktyk lub pojedynczą masywną galaktykę – leżący między obserwatorem a źródłem. Zgodnie z ogólną teorią względności, masywne ciało zakrzywia przestrzeń i odchyla promienie świetlne przechodzące w jego pobliżu.
Kiedy soczewka grawitacyjna (gromada galaktyk), źródło (odległa galaktyka) i obserwator są prawie idealnie ustawione w jednej linii, obraz źródła zostaje rozciągnięty wokół soczewki w kształt łuku lub pełnego pierścienia (pierścień Einsteina). Przy idealnym ustawieniu i symetrycznie kształtnej soczewce powstaje pełny pierścień – np. słynny system SDP.81 sfotografowany przez ALMA. Częściej źródło i soczewka są nieco przesunięte, co daje fragmentaryczne łuki lub wielokrotne obrazy. Długość łuków grawitacyjnych może sięgać kilkudziesięciu sekund łuku. Wzmocnienie blasku przez soczewkowanie pozwala obserwować galaktyki tła nawet 10-100 razy jaśniejsze niż bez soczewki – to naturalne 'wzmacniacze kosmiczne’ umożliwiające badanie galaktyk z epoki rejonizacji, które byłyby zbyt słabe bez soczewki.
Łuki grawitacyjne są kluczowe dla kosmologii: mierzenie geometrii łuków pozwala wyznaczyć masę soczewkującego obiektu niezależnie od jego świecenia – to dowód na istnienie ciemnej materii (masa gromady wyznaczona z łuków jest 5-10 razy większa niż masa widzialnych galaktyk). Misja Hubble i JWST odkryły setki łuków grawitacyjnych; Euclid (2023) kataloguje je masowo w całym niebie.