1

Всероссийская конференция«Современная звёздная астрономия-2014»

(Южный Федеральный Университет, г. Ростов-на-Дону)

Чечин Л.М., Г.М. Авхунбаева, Д.Кайраткызы

О новых моделях гравитационных линз

2

Примеры гравитационных линз.1

3

Примеры гравитационных линз. 2

4

Примеры гравитационных линз. 3

5

Другие наблюдательные данные о галактических линзах

• Впоследствии было получено известие об открытии галактической линзы, расположенной на пути к квазару 1115+080 и со всей очевидностью приводящей к наличию тройного изображения этого квазара.

• Теория предсказывает, что количество изображений должно быть нечетным; и действительно, третье изображение, хотя и очень слабое, появляется на некоторых снимках квазара 0957+561, полученных с помощью большого радиотелескопа в Нью-Мексико. Более того, изображение квазара 1115+080, по всей видимости, является пятикратным. Согласно исследованиям группы Юнга, наличие многократных изображений может позволить провести новое измерение хаббловской константы расширения Вселенной, величина которой неоднократно пересматривалась и в настоящее время все еще является предметом дискуссий и полемики.

• Если наши представления соответствуют действительности, то галактическая линза должна иметь колоссальные размеры, ее диаметр должен превышать миллионы световых лет, а в образование такой линзы должны давать вклад гравитационные поля целого скопления галактик. Мы находимся в преддверии новой эпохи в астрофизике, когда сведения о далеких галактиках будут получены путем исследования влияния их гравитации на свет, идущий от еще более далеких объектов, расположенных на одной с ними линии. Примерно десять миллиардов галактик можно наблюдать (во всяком случае, в принципе) в космосе; любой очень далеко расположенный квазар так или иначе оказывается на одной прямой с какой-нибудь более близкой к нам галактикой, которая искажает его изображение. До сих пор мы имели дело только с двумя крайними случаями таких искажений; наверняка существуют и другие искажения, которые еще не распознаны. Присутствие галактик искажает изображения далеких объектов, и наиболее удаленные области Вселенной выглядят деформированными, как дно горного потока.

6

Схема гравитационной линзы

7

Астрофизический институт им. ВГ.Фесенкова

8

Коэффициент усиления гравитационной линзы. Г.А.Тихов

2

2

2

2

12,

14

l lq x

l

Г.А.Тихов

9

Структура галактики

10

BM

DM

О¢¢

О

О¢

Модель сферически – симметричной двухкомпонентной гравитационной линзы

11

Распределение барионного вещества в галактике

3

3( ) ,

(1 )B B Bp

Г.М.Идлис

12

Двухкомпонентная гравитационная линза

Исследовано распространение лучей света в сферически симметричном гравитационном поле галактики, порождаемом как темной материей, так и барионной составляющей. Основное внимание уделено случаю, когда вклады этих компонент в гравитационное линзирование сравнимы друг с другом. Показано, что положения изображений линзируемого объекта зависят от типов профилей барионной и темной материй.

13

Алгебраическое аберрационное уравнение. 1

xtgxP

nn

nn PPPPPPPP ..........)( 2

2102

21

10

0

1 1 20 1 2( ..... )nnP p P P P x

P p P

Авхунбаева Г.М., Аймуратов Е.К., Умиралиева А.Ж. // Известия ВУЗов. Физика, 2012, т. 55, № 6

14

Алгебраическое аберрационное уравнение. 2

Будем использовать мультипликативное представление показателя преломления для двухкомпонентной среды (темная материя и барионная материя). Это позволяет записать приближенное выражение общего показателя преломления в виде

BMDMBMDM nnn 1

15

Алгебраическое аберрационное уравнение. 3

Показатель преломления галактики и угол отклонения ГЛ с

распределением темной материи по Наварро- Френку- Уайту

и распределением барионной материи по Идлису имеют

вид:

2

0

220

'02

0

2002

2002 3

4

5

881

r

rr

c

G

r

rr

c

Gr

c

Gn IdNFW

2

0

22002

0

2002

2002

'3

4

5

882

r

rr

c

G

r

rr

c

Gr

c

GIdNFW

5 66 3 30 3 10 / 4 10 10( 28) /M см г см 3,"4 IdNFW

смP

смP23

2

231

108.1

,108.2

Chechin L.M., Avkhynbayeva G.M. // Astronomical and Astrophysical Transactions, 2013, v. 28, issue 2

16

Модель гравитационной линзы для темной материи, описываемой потенциалом небесно-механического типа

• Для описания глобальных свойств скалярных полей, как представляется, можно использовать простейшего форму потенциала небесно-механического типа

φ

μ=φU

2

1 1 11 ln 2

2 22

μ μρ r = + E r

r E rE

2

2 11 2 1 12 2 2 2

2 2 4 41 ln ln

2 4

rG G G Gn= r r r r

c c c r c

k kp p p pk k k k+ - - +

22

22 2 2 2

2 2 4 42[ ln ln ]

2 4

G G G G r= r r r r

c c c r c

p p p k p kk k k kDQ - - +

Chechin L.M. // Journal of Modern Physics, 2012, v. 3, No 5

17

Другие модели гравитационных линз

• Вращающиеся гравитационные линзы с распределением темной материи по Наварро– Френку- Уайту

• Заряженные гравитационные линзы с распределением барионной материи по Идлису

20.04.7101.0102.37 66 RotationNFW

2911001.010992.0 34arg

echId

18

Аберрационное уравнение в пространстве де Ситтера

3 22 1p p 4 0

3 xM

2

33 3 3 3 6 6

1 6 1 6 1

2 4 4 4

1 1M Mp x x x x

263 10x см

30 301 25 10 ,   6.9 10сp pм см

Чечин Л.М., Кайраткызы Д. // Доклады НАН РК, 2013, № 5, 16.

19

Дифференциальное аберрационное уравнение. 1

Аберрационное уравнение, приведенное в предыдущем разделе, записано в алгебраическом виде. Однако такая запись, строго говоря, допустима лишь в плоском пространстве-времени. В нашем же случае пространство-время является искривленным, что приводит к необходимости перехода к аберрационному уравнению в дифференциальном виде.

dp

drp

2

1

1

( ) 4 4 8.

dp dp pI pdp

p M p M M

2 3

0( ) ( 1)

.M

dz dzI dr

H z H z

20

Дифференциальное аберрационное уравнение. 2

• При больших красных смещениях

Отсюда вытекает естественный вывод о том, что при больших красных смещениях положение изображения приближается к положению наблюдаемого объекта.

• При малых красных смещениях

Таким образом, при малых красных смещениях положение изображения будет увеличиваться по отношению к положению объекта.

1 48 ( 1) .p M zz

1 2

0 0

8 8( ) .

Mz Mp z z

H H

21

Движение света на больших космологических масштабах

22

Гравитационные линзы высокого разрешения. 1.

Рассмотрено некоторое множество точечных гравитационных линз, расположенных между наблюдателем и источником, на одном и том же расстоянии от наблюдателя [Witt H.J. Astrophys. J., 1993, v. 403, P. 505]. Система точечных гравитационных линз проанализирована также в статье [Захаров А.Ф., Сажин М.В. Гравитационное микролинзирование. // УФН, 1998, т. 168, № 10, С. 1041]

23

Гравитационные линзы высокого разрешения. 2

aa

a

aa

a

a

a

b

ba

a

a

aa

a a a

a

iaa

iaa

ar

I

c

Gaar

ar

I

c

G

ba

m

ar

m

c

Ga

ar

m

c

Garm

tc

G

ar

m

c

Gar

ar

Ia

ar

m

c

G

ar

m

c

G

23434

4

22

42

2

4

2

4

2

332

1212

462

484

24

Двойная гравитационная линза высокого разрешения.1

1 2 1 2

3

1 2 2 1 2 1

8.a

m m R m m RG

c r m m Rm r m m Rm

2

8.a

G R R

c c

RG

c

c

Ra

8

2

25

Двойная гравитационная линза высокого разрешения. 2

• Пусть .

• В качестве двойной системы выберем тесную пару галактик NGC 4567 и NGC 4568.

100,0 a

110c

R

Чечин Л.М., Курманов Е., Сабаев Е. // ДАН РК, 2014 (в печати)

26

Двойная гравитационная линза высокого разрешения. 3

• Из проделанных расчетов видно, что с повышением точности гравитационного линзирования можно измерять линейные скорости в двойных галактиках с весьма большой точностью.

• Таким образом, гравитационное линзирование действительно представляет собой независимый метод определения величин линейных скоростей в двойных галактических системах.

27

Meeting with Nobel Prize laureate in physics 2006 G.F.Smoot III. Astana, May, 23, 2013

28

Thanks for attention !!!