Кольцо Эйнштейна требует близкого выравнивания источника, линзы и наблюдателя.
Свет идёт по наиболее прямому пути в искривлённом пространстве-времени. Звезда, галактика или скопление меняет геометрию вокруг себя, поэтому луч далёкого источника отклоняется. Наблюдатель видит смещённое, растянутое, увеличенное или несколько изображений.
Три режима одной физики
При сильном линзировании галактика превращается в дуги, а почти идеальное выравнивание создаёт кольцо Эйнштейна. Если яркость источника меняется, разные пути имеют разные задержки; это позволяет измерять комбинации расстояний и проверять темп расширения.
Слабое линзирование едва растягивает каждую фоновую галактику. Их собственные формы неизвестны, поэтому эффект выделяют статистически на большой выборке. Получается карта всей гравитирующей массы, включая тёмную, но её искажают атмосфера, форма телескопа и ошибки расстояний.
Микролинзирование возникает, когда отдельная звезда проходит почти перед другой. Изображения не разрешаются, зато источник временно ярче. Планета у линзы создаёт короткое отклонение на кривой и позволяет находить холодные миры, далёкие от своих звёзд.
Линза сохраняет поверхностную яркость, но меняет видимый размер и суммарный поток. Увеличение помогает увидеть ранние галактики, одновременно усложняя восстановление их истинной формы. Модель распределения массы может быть неоднозначной.
Изображение зависит от распределения массы
Точечная масса даёт простую симметричную модель, но галактика или скопление содержат протяжённое вещество и тёмную материю. Несколько изображений, дуги и слабое согласованное растяжение фоновых галактик позволяют восстановить эту карту. Решение не всегда единственно, поэтому линзирование сопоставляют с движением галактик, горячим газом и моделью источника.
Слабое линзирование статистически восстанавливает распределение полной массы. Масса искривляет пространство-время и отклоняет свет.
Гравитационная линза — природный телескоп и весы. Она не состоит из стекла, но использует геометрию, предсказанную общей относительностью, чтобы связать свет с невидимой массой.
