Einstein Halkası Nedir?

Kısaca: Einstein halkası, uzaktaki bir galaksinin ışığının, onunla bizim aramızda neredeyse tam hizada duran büyük bir kütle (genellikle başka bir galaksi) tarafından bükülerek halka biçiminde görünmesidir. Bu kütleçekimsel mercek etkisini Einstein’ın genel görelilik kuramı öngörür. İlk Einstein halkası 1988’de radyo dalgalarında (MG1131+0456), ilk tam halka ise 1998’de Hubble Uzay Teleskobu ile kızılötesinde (B1938+666) görüntülendi.

Einstein halkası nasıl oluşur?

Genel görelilik kuramına göre kütle, çevresindeki uzay-zamanı eğer; yakınından geçen ışık da bu eğri yolu izleyerek bükülür. Bu yüzden büyük kütleli bir galaksi ya da galaksi kümesi, arkasındaki daha uzak bir kaynağın ışığını bir mercek gibi odaklayabilir. Buna kütleçekimsel mercek denir.

Arka plandaki kaynak, öndeki mercek ve gözlemci neredeyse kusursuz bir doğru üzerindeyse ışık merceğin her yanından eşit biçimde bükülür ve kaynak bir halka olarak görünür. Hizalama tam değilse halka yerine yaylar ya da aynı kaynağın iki ila dört ayrı görüntüsü oluşur; ünlü “Einstein Haçı” (Q2237+030) bu ikinci duruma örnektir. Halkanın açısal yarıçapına Einstein yarıçapı denir ve merceğin kütlesine, kaynağa ve merceğe olan uzaklıklara bağlıdır. Galaksi ölçeğindeki merceklerde bu yarıçap genellikle yalnızca bir iki yay saniyesidir; bu yüzden halkaları görmek için büyük teleskoplar gerekir.

Keşfin tarihi: Eddington’dan Hubble’a

Işığın kütleçekimiyle büküldüğü ilk kez 1919’daki tam Güneş tutulmasında, Arthur Eddington ve Frank Dyson’ın düzenlediği gözlemlerle ölçüldü: Güneş’in hemen yanında görünen yıldızların konumları, genel göreliliğin öngördüğü kadar (Güneş’in kenarında yaklaşık 1,75 yay saniyesi) kaymıştı. Bu bir Einstein halkası değildi, ama halkaların ardındaki fiziği doğrulayan ilk deneydi.

Einstein 1936’da Science dergisinde, iki yıldız tam hizaya gelirse arkadakinin ışığının halka gibi görüneceğini hesapladı; yine de böyle bir halkanın gözlenemeyecek kadar küçük olacağını düşünüyordu. Yanıldığı ortaya çıktı: Mercek bir yıldız değil koca bir galaksi olduğunda halka ölçülebilir büyüklüğe ulaşır. İlk Einstein halkası 1988’de Jacqueline Hewitt ve ekibinin Very Large Array radyo teleskobuyla incelediği MG1131+0456 kaynağında bulundu. Optik ve kızılötesi ışıkta tam bir halka ise 1998’de Hubble Uzay Teleskobu’nun NICMOS kamerasıyla B1938+666 sisteminde görüntülendi. Bugün yüzlerce güçlü kütleçekimsel mercek biliniyor ve James Webb, Euclid gibi teleskoplar yenilerini buluyor.

Einstein halkaları bize ne anlatır?

• Mercek galaksinin kütlesi: Einstein yarıçapı, merceğin halka içinde kalan toplam kütlesini doğrudan verir. Bu kütle, görünen yıldızlardan hesaplanandan büyük çıkar; aradaki fark karanlık maddeye işaret eder.
• Karanlık maddenin dağılımı: Halkalardaki küçük bozulmalar, mercek galaksinin çevresindeki görünmez karanlık madde topaklarının izini sürmeye yarar ve karanlık maddeye dair modelleri sınar.
• Çok uzak galaksiler: Mercek, arka plandaki galaksinin ışığını onlarca kat büyütebilir; böylece başka türlü göremeyeceğimiz kadar uzak ve sönük galaksiler incelenebilir. Bu doğal büyüteç, erken evrene bakmanın en güçlü yollarından biridir.
• Evrenin genişleme hızı: Arka plandaki kaynak parlaklığı değişen bir kuasar ya da süpernova ise farklı görüntülerine ışık farklı sürelerde ulaşır. Bu zaman gecikmesinden Hubble sabiti bağımsız bir yöntemle ölçülebilir.
• Kütleçekim kuramının sınanması: Merceğin kütlesi başka yöntemlerle (örneğin yıldızlarının hızlarından) de ölçüldüğünde sonuçların uyumu, genel göreliliği galaksi ölçeğinde sınar.

Sık sorulan sorular

Einstein halkası çıplak gözle görülebilir mi?

Hayır. Bilinen halkaların çoğu yalnızca birkaç yay saniyesi genişliğindedir ve son derece sönüktür; ancak Hubble, James Webb ya da büyük yer teleskopları gibi araçlarla görüntülenebilir.

Einstein halkası ile kara delik arasında bir ilişki var mı?

Kara delikler de ışığı büker; ancak gökyüzünde gördüğümüz Einstein halkalarının neredeyse tamamında mercek, karanlık maddesiyle birlikte koca bir galaksi ya da galaksi kümesidir. Event Horizon Telescope’un kara delik görüntülerindeki parlak halka ise kara deliğin hemen çevresindeki sıcak gazın bükülen ışığından oluşur ve galaksi ölçeğindeki Einstein halkalarından çok daha küçük bir ölçekte gerçekleşir.

Derin okuma

• Hewitt, J. N. ve ark. (1988). Unusual radio source MG1131+0456: a possible Einstein ring. Nature, 333, 537–540.
• King, L. J. ve ark. (1998). A complete infrared Einstein ring in the gravitational lens system B1938+666. MNRAS, 295, L41–L44.
• Einstein, A. (1936). Lens-like action of a star by the deviation of light in the gravitational field. Science, 84, 506–507.
• Treu, T. (2010). Strong Lensing by Galaxies. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 48, 87–125.

Bunlar da ilginizi çekebilir

• Eşdeğerlik İlkesi Nedir: Varoluşun Temel Özelliği ve Bilimdeki Yeri
• Evrenin Genişleme Hızı Işık Hızını Aşabilir Mi?
• Evrenin Şekli Nedir? Evrenin Şekli Hakkında Her Şey
• Astrofizik Nedir: Evrenin Gizemli Dili