Lensa gravitasi: Perbedaan antara revisi

Suatu '''lensa gravitasi''' terbentuk ketika cahaya dari sumber yang sangat jauh dan terang (seperti quasar) "dibelokkan" disekitar objek yang sangat besar (seperti gugusan galaksi) diantaradi antara benda sumber cahaya dan pengamat. Proses ini dikenal sebagai '''pelensaan gravitasi''' dan merupakan salah satu prediksi dari [[teori relativitas umum]] dari [[Albert Einstein]].

[[ImageBerkas:Gravitational lens-full.jpg|thumbjmpl|rightka|250px|Cahaya yang membelok|Cahaya yang membelok di sekitar benda raksasa dari sumber yang jauh. Panah jingga menunjukkan letak kelihatannya sumber di latar belakang. Panah putih menunjukkan jalur cahaya dari letak yang sebenarnya sumber cahaya itu.]]

Tidak seperti [[lensa|lensa optik]], "pembelokan" maksimum terjadi terdekat dari, dan "pembelokan" minimum terjauh dari pusat lensa gravitasi. Akibatnya, sebuah lensa gravitasi tidak punya satu titik fokus, melainkan garis fokus. Jika sumber, benda pelensa yang sangat besar, pengamat berada pada garis lurus, sumber akan kelihatan sebagai cincin di belakang benda raksasa itu. Fenomena ini pertama kali disebutkan pada tahun 1924 oleh fisikawan dari [[St. Petersburg]], [[Orest Chwolson]] [http://www.abc.net.au/science/k2/moments/gmis9737.htm], dan dikuantifikasi oleh [[Albert Einstein]] tahun 1936. Biasanya ia disebut dalam literatur sebagai '''[[cincin Einstein]]''', karena Chwolson tidak mempedulikanmemedulikan dirinya dengan fluks atau jari-jari gambar cincin itu. Secara lebih umum, jika lensa tersebut agak tidak lurus, sumbernya akan menyerupai lengkungan parsial di sekitar lensa itu. Pengamat tersebut dapat melihat lebih dari satu citra sumber yang sama; jumlah dan bentuk sumber ini tergantung pada posisi relatif dari sumber, lensa, dan pengamat, dan sumber gravitasi dari benda lensa.

[[ImageBerkas:Einstein ringEinstein_cross.jpg|thumbjmpl|rightka|250px| Di bentukan yang dikenal sebagai [[Einstein's Cross]] empat citra dari quasar jauh sama terlihat di sekitar galaksi muka karena pelensaan gravitasi kuat.]]

Dengan mengukur bentuk dan orientasi sejumlah besar galaksi jauh, orientasi mereka dapat dirata-rata untuk mengukur kecondongan dari medan pelensaan di daerah manapun. Selanjutnya, hal ini dapat dipakai untuk merekonstruksi sebaran massa di tempat daerah itu: terutama, sebaran latar dari [[materi gelap]] dapat direkonstruksi. Karena galaksi berbentuk elips dan sinyal pelensaan gravitasi-lemah kecil, banyak galaksi harus digunakan dalam survei ini. Survey pelensaan lemah ini harus secara hati-hati menghindari kesalahan sistematis: bentuk intrinsik dari galaksi, kecenderungan fungsi sebaran titik kamera untuk mendistorsi bentuk sebuah galaksi dan kecenderungan melihat melalui atmosfiratmosfer untuk mendistorsi citra harus dimengerti dan diperhitungkan dengan hati-hati. Hasil survey ini penting bagi perkiraan parameter kosmologis, untuk memahami lebih baik dan memperbaiki model Lambda-CDM, dan menyediakan pengecekan konsisten pada pengamatan kosmologis lainnya. Mereka juga menyediakan batasan masa depan yang penting dari [[energi gelap]].

# Pelensaan mikro: dimana tidak ada distorsi bentuk yang terlihat tetapi jumlah cahaya yang diterima dari objek latar berubah dari waktu ke waktu. Sumber latar dan lensa tersebut dapat berupa bintang di galaksi [[Bimasakti]] dalam satu kasus tertentu, dan bintang di galaksi jauh dan bahkan quasar yang lebih jauh pada kasus lainnya.

Efek pelensaan gravitasi kecil, sedemikian hingga (pada pelensaan kuat) bahkan galaksi dengan massa lebih dari 100 milyarmiliar kali [[massa Matahari]] akan menghasilkan citra ganda yang terpisah hanya beberapa detik busur. [[Gugusan galaksi]] dapat menghasilkan pemisahan beberapa menit busur. Dalam kedua kasus galaksi dan sumber cukup jauh, ratusan [[parsec|megaparsek]] dari galaksi kita.

[[ImageBerkas:Black hole lensing web.gif|rightka|thumbjmpl|240px|Pelensaan gravitasi yang disimulasikan (lubang hitam berlalu di depan galaksi latar).]]

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 nampaktampak 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 dipada 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 nampaktampak 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 relativitas umum, gravitasi tidak diuraikan sebagai suatu gaya; oleh karenanya, jika gaya netto dari interaksi non-gravitasi dapat diabaikan, hukum yang mendeskripsikan gerak adalah [[Hukum gerak Newton|Hukum Pertama Newton]] bukan [[Hukum gerak Newton|Hukum Kedua Newton]]. Hukum Pertama Newton memodelkan posisi sebagai fungsi waktu pada mekanika non-relativistik, akan tetapi dalam relativitas umum hukum tersebut ditulis ulang untuk memenuhi gerakan sepanjang [[geodesik]] ruang-waktu. kelengkungan ruang-waktu ini menyebabkan jalur dari benda yang bahkan tak bermassa spertiseperti [[foton]] menyimpang dari garis lurus yang diharapkan dari intuisi Euclid; dan, terutama, jalur tersebut diamati melengkung tepat sama seperti geodesik yang diprediksikan oleh relativitas umum.

Karena kecepatan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa tidak bervariasi pada kedua teori relativitas, pelensaan mengubah arah [[vektor (spasial)|vektor]] kecepatan tapi tidak besarnya. Pelensaan lemah dan mikro yang terutama menyebabkan pembelokan sebesar sudut

:<math>\theta = \frac{GM}{rc^2}</math>

terhadap massa ''M'' pada jarak ''r'' dari radiasi yang dipengaruhi, dimana ''G'' adalah [[tetapan gravitasi|tetapan gravitasi universal]] dan ''c'' adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Perlu perhatian dalam mendefinisikan jarak ini karena gravitasi tidak instan (sesaat itu juga): seperti cahaya, ia melaju pada kecepatan ''c''. Jalur dari gelombang gravitasi dan radiasi elektromagnetik berpotongan pada koordinat ruang-waktu tertentu, dan pelensaannya ditentukan oleh komponen dari gelombang gravitasi insiden yang tegak lurus pada arah grakgerak radiasi elektromagnetik.

[[ImageBerkas:abell.lensing.arp.750pixGravitationell-lins-4.jpg|thumbjmpl|rightka|250px|Efek pelensaan gravitasi aktual seperti yang diamati oleh teleskop Luar Angkasa Hubble di gugusan galaksi [[Abell 1689]] - Perbesar gambar untuk melihat lengkungan lensa]]

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.<ref>{{cite web |url=http://www.phys.canterbury.ac.nz/moa/stellar_atmospheres.html |title=Stellar Atmospheres |publisher=MOA collaboration |access-date=2009-02-21 |archive-date=2010-05-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20100525060258/http://www.phys.canterbury.ac.nz/moa/stellar_atmospheres.html |dead-url=yes }}</ref>. 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.

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 suryaeksoplanet]] (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 [[Microlensing Observations in Astrophysics|MOA]] dan [[Probing Lensing Anomalies Network|PLANET]] berfokus pada penelitian ini.

[[ImageBerkas:COSMOS 3D dark matter map.jpg|thumbjmpl|rightka|250px|Mass map|Peta 3D dari sebaran skala-besar dari materi gelap, direkonstruksi dari pengukuran pelensaan gravitasi lemah dengan Teleskop Angkasa Hubble.]]

# Penundaan karena perbedaan pada panjang jalur optis antara dua berkas cahaya.

# [[Efek Shaphiro]] ''relativistik umum'', yang mendeskripsikan berkas cahaya sebagai lebih lama menempuh daerah denga gravitasi yang lebih kuat. Karena kedua berkas itu melintas pada bagian yang berbeda dari sumber potensial yang dibuat oleh pembelok, jam yang membawa sinyal sumber akan berbeda sedikit.

Banyak lensa gravitasi dahulu ditemukan secara tidak sengaja. Pencarian lensagravitasilensa gravitasi di belahan bumi utara (Cosmic Lens All Sky Survey, CLASS), dilakukan pada frekuensi radio menggunakan ''Very Large Array'' (VLA) di new[[New mexicoMexico]], 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 dilakuandilakukan menggunakan pralatanperalatan 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.

* "''[http://www.sciencenews.org/view/generic/id/33082/title/Math_Trek__Accidental_astrophysicists Accidental Astrophysicists] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120216201236/http://www.sciencenews.org/view/generic/id/33082/title/Math_Trek__Accidental_astrophysicists |date=2012-02-16 }}''". Science News, June 13, 2008.

* "''[http://www.tat.physik.uni-tuebingen.de/~frutto/ XFGLenses] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100831022236/http://www.tat.physik.uni-tuebingen.de/~frutto/ |date=2010-08-31 }}''". A Computer Program to visualize Gravitational Lenses, Francisco Frutos-Alfaro

* "''[https://web.archive.org/web/20020203131250/http://www.btinternet.com/~Boughen/G-LenS G-LenS]''". A Point Mass Gravitational Lens Simulation, Mark Boughen.

* Newbury, Pete, "''[http://www.iam.ubc.ca/old_pages/newbury/lenses/lenses.html Gravitational Lensing] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110523100723/http://www.iam.ubc.ca/old_pages/newbury/lenses/lenses.html |date=2011-05-23 }}''". Institute of Applied Mathematics, The University of British Columbia.

* "''[http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/grav_lens.html Gravitational lensing] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070617115947/http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/grav_lens.html |date=2007-06-17 }}''". Gsfc.nasa.gov.

* [http://sciencecareers.sciencemag.org/career_development/previous_issues/articles/2006_05_12/analysing_corporations_and_the_cosmos/(parent)/12100 Analyzing Corporations ... and the Cosmos] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070310222247/http://sciencecareers.sciencemag.org/career_development/previous_issues/articles/2006_05_12/analysing_corporations_and_the_cosmos/(parent)/12100 |date=2007-03-10 }} An unusual career path in gravitational lensing.

* "''[http://uk.arxiv.org/abs/astro-ph/0404309 A planetary microlensing event]''" and "''[http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505451 A Jovian-mass Planet in Microlensing Event OGLE-2005-BLG-071]''" , the first [[Extrasolar planet|extra-solar planet]] detections using microlensing.

* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme3.py?level=2&index1=-188353 Gravitational lensing on arxiv.org]

* [http://www.aoc.nrao.edu/~smyers/class.html NRAO CLASS home page]

* [http://www.atnf.csiro.au/research/AT20G AT20G survey]

* {{cite journal

* {{cite paper|title=Weak Gravitational Lensing|author=Matthias Bartelmann and Peter Schneider|date=2000-08-17|format=PDF|url=http://www.mpa-garching.mpg.de/Lenses/WLRevEls.pdf}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070226035150/http://www.mpa-garching.mpg.de/Lenses/WLRevEls.pdf |date=2007-02-26 }}

* [http://www.ams.org/notices/200806/tx080600666p.pdf ''From the Fundamental Theorem of Algebra to Astrophysics: A "Harmonious" Path'']