Bir gökyüzü görüntüsünde uzun yaylar veya aynı galaksiyi andıran birkaç şekil görmek, uzayda o biçimde sıralanmış ayrı cisimler bulunduğu anlamına gelmeyebilir. Arka plandaki tek bir kaynağın ışığı, öndeki büyük bir kütlenin etkisiyle farklı yollar izlemiş olabilir. Kütleçekimsel merceklenme, bu geometrinin gökyüzündeki gözlenebilir sonucudur.
Görsel: Hubble görüntüsünde kütleçekimsel merceklenmenin oluşturduğu halka biçimli yapı. Kaynak: Einstein Ring Gravitational Lens- SDSS J095629 77+510006 6 (opo0532c).tiff; üretici: NASA , ESA , A. Bolton (Harvard-Smithsonian CfA) and the SLACS Team; lisans: Public domain. Kaynak bildirimi: Einstein Ring Gravitational Lens: SDSS J095629.77+510006.6.
Cam yerine uzay-zamanın geometrisi
Optik bir mercekte cam, ışığın doğrultusunu değiştiren malzemedir. Kütleçekimsel merceklenmede ışığın saydam bir camın içinden geçmesi gerekmez. Genel göreliliğe göre kütle, uzay-zamanın geometrisiyle ilişkilidir. Işığın yolu da bu geometri içinde belirlenir. Büyük kütleli bir cismin yakınından geçen ışık, gözlemciye farklı doğrultulardan ulaşabilir.
Bu etki yalnızca uzak galaksi kümelerine özgü değildir. Güneş’in yakınından geçen yıldız ışığında da görünen konum değişimi araştırılmıştır. Çok büyük ölçekli yaylar ile küçük açısal sapmalar, ışığın kütle yakınındaki yolunu aynı kuramsal çerçevede ele alır.
Burada üç konum önemlidir: Uzak ışık kaynağı, aradaki mercek görevi gören kütle ve gözlemci. Öndeki cisim bir galaksi veya galaksi kümesi olabilir. Mercek, arka plandaki cismin ışığını yeniden üretmez. Işık kaynağı başka, ışığın izlediği yolu etkileyen yapı başkadır. Görüntüde ikisinin üst üste gelmesi, fiziksel olarak aynı yerde bulunduklarını göstermez.
Bir kaynak nasıl birkaç yerde görünür?
Uzak kaynaktan çıkan ışık farklı yollardan gözlemciye ulaşabiliyorsa, aynı cismin birden fazla görüntüsü oluşabilir. Gözlemciye gelen ışığın yönü, kaynağın gökyüzündeki görünen konumunu belirler. Böylece tek galaksi farklı yönlerde iz bırakabilir. Görüntü sayısıyla bağımsız galaksi sayısını eşitlemek, merceklenmenin etkisini gözden kaçırır.
Görüntüler çoğu zaman düzgün kopyalar gibi görünmez. Gerilip uzamış yaylar veya daha karmaşık şekiller oluşabilir. Kaynak, mercek ve gözlemcinin hizalanması uygun olduğunda halka benzeri görünüm ortaya çıkabilir. Einstein halkası adı verilen bu biçim, galaksinin kendisinin uzayda mutlaka halka hâlinde olduğu anlamına gelmez. Görünen şeklin bir bölümü aradaki geometriden kaynaklanır.
Hizalanma kusursuz olmadığında tam halka yerine parçalı yaylar görülebilir. Merceğin kütlesinin nasıl dağıldığı da biçimi etkiler. Bu nedenle her merceklenmiş sistem aynı simetriye sahip değildir. Öndeki kütleyi tek bir nokta, arkadaki galaksiyi de basit bir ışık noktası sayan model, bütün gerçek görüntüleri aynı ayrıntıyla açıklayamaz.
Kozmik büyütecin kazancı
Merceklenme uzak bir kaynağın görünürlüğünü artırabilir. Büyütülmüş görüntü, normalde çok sönük kalacak ayrıntıların araştırılmasına yardımcı olur. Bu yüzden doğal bir kozmik büyüteç benzetmesi yapılır. Teleskopla mercek görevi gören kütle birlikte, tek başına teleskobun zorlanacağı kaynaklardan bilgi alınmasını sağlayabilir.
Bunun bedeli biçim bozulmasıdır. Kaynağın özgün boyutunu ve yapısını çıkarmak için mercek etkisi modellenir. Uzamış bir yayın görünen uzunluğu, galaksinin gerçek fiziksel uzunluğu diye doğrudan okunamaz. Büyütme etkisi, görüntünün yorumunu kolaylaştıran ve aynı zamanda yeni hesap gerektiren bir fiziksel durumdur.
Her merceklenme güzel bir yay çizmez
Daha küçük ölçekli bazı sistemlerde ayrı görüntüler teleskopta çözülemez. Buna rağmen arka plandaki yıldızın toplam parlaklığında geçici bir artış ölçülebilir. Kütleçekimsel mikro merceklenmede dikkat çekici veri, büyük bir halka fotoğrafından çok zamanla değişen ışık kaydı olabilir. Aynı temel etki farklı gözlem biçimleriyle araştırılır.
Öndeki yıldızın bir gezegeni varsa, uygun geometride parlaklık değişiminde ek bir özellik oluşabilir. Bu özellik gezegen aramasında kullanılır. Dolayısıyla merceklenme yalnızca çok uzak galaksilere ilişkin bir görüntü konusu değildir; yıldız sistemlerindeki görünmeyen cisimleri araştırmaya da katkı sağlayabilir. Hangi sinyalin ölçüldüğü, kullanılan yöntemi anlamanın anahtarıdır.
Bir merceklenme görüntüsünü okurken önce öndeki kütleyle arkadaki kaynağı ayırmak, sonra görünen biçimin nasıl değiştiğini sormak yararlıdır. Yay, halka ve çoklu görüntü, ışığın yolculuğunun parçalarıdır. Fiziksel olayın gücü de buradadır: Aradaki kütle, yalnızca kendi ışığıyla değil, daha uzaktan gelen ışığa etkisiyle de araştırılabilir.
