一般相対性理論のこと（６） -重力レンズ-

1919年。イギリスの観測チームによって、記念すべき皆既日食の観測が行われました。
このとき、観測されたものは、日食を起こしている太陽ではなく、その太陽の縁、ギリギリに映し出される、かすかな星の光だったのです。

一般相対性理論は、重力によって空間が曲がることを予言しました。
光は、その曲がった空間を通ることで同じように曲げられます。つまり、光の道筋を調べることで、本当に空間が重力によって曲がるかどうかを確かめることが出来るわけです。

太陽は、地球に比べてかなり大きな引力（重力）を持ちます。そのため、太陽の近くに見える星の光は、太陽の重力によってわずかに曲げられているはずです。
観測隊は、日食のときに太陽の縁にかすかに輝く星々を撮影しました。そして夜になるのを待ち、太陽がない状態で再び同じ空の星々を撮影しました。この両者を比較すれば、太陽があるときとないときとで、星の位置がほんの少し違って見えるはずです。
とはいえ、太陽のが持っている重力では、周りの空間はごくわずかしか変化しません。比較は慎重の上にも慎重を期されました。ですが、その結果、ほんの僅かではありましたが、星の位置がずれていることがわかりました。
その差は写真乾板の上で1/100ミリ程度。角度にして1.75秒（１秒は１度の1/3600）という僅かなものでしたが、ほぼ一般相対論が予言したとおりだったのです。

重力は光を曲げる。このことから、ブラックホールのように大きな重力を持つ天体の近郊を通る光はその進路を曲げられたり、まるで蜃気楼を見ているように虚像となって現れるのではないかと考えられました。これがいわゆる「重力レンズ効果」と呼ばれるものです。

上の図に置いて、本来、Aという位置にある星の光がブラックホール（BH）の重力の作用によって進路を曲げられた結果、あたかもA'の位置にあるかのように見えてしまうと言う現象が、重力レンズ効果と呼ばれるものです。

ところで、私たちの宇宙には、星々がたくさん集まって「銀河」と呼ばれる集団を作っています。その銀河の中心には太陽の数億倍の質量を持つブラックホールがあると言われています。
また、銀河同志はお互いの引力で引き合って「銀河団」を作っています。こうした天体が持つ重力は太陽の数億倍にも匹敵します。当然、その周囲の空間は歪み、遠方から来る星の光を曲げてしまいます。

これまで、双子みたいにとても似た姿を持つ星雲や銀河が、まるで寄り添うように観測される例がいくつもありました。それらは「何らかの原因で、ひとつの星雲が分裂したのだろう」などと言われてきたのですが、1979年、それらの天体の多くが重力レンズ効果によって、ひとつの天体がふたつ以上に見えていたことが判明したのです。

また、観測者と観測対象の間に強力な重力元がある場合、観測対象がまるで光のリングのように見えることがあります。これを特に「アインシュタイン・リング」と言います。

さらに、重力元の位置によって、ひとつの天体が４つに見えることもあります。これらは「アインシュタイン・クロス」と呼ばれます。

これら重力レンズの効果によって、天体がどのように見えるかは、「横浜こども科学館」の「重力レンズのページ」に詳しく解説されています。興味のある方は、こちらを訪ねてみることをお勧めします（http://astro.ysc.go.jp/grav-lens.html）。

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さて、今回で一般相対性理論のお話はおしまいです。
思考実験で理解出来る特殊相対論と違い、一般相対論が予言している様々な現象を上手くお伝えすることが出来ませんでした。これはひとえに私の文才不足によるものです。本当に申し訳ありませんでした。
にもかかわらず、ここまでお付き合いくださったみなさんに、心よりお詫びするとともに、感謝の言葉を申し上げたいと思います。みなさん、本当にありがとうございました。

これからしばらく、ここ「Reinaの雑記帳」はいつものスチャラカなブログに戻ります（笑）。
機会があれば、量子力学を交えた「ブラックホールの蒸発」や「量子コンピュータ」、「タイムマシンの実現」などのお話もしてみたいと思っていますが、まだ未定です。またそのときにお付き合いいただけると幸いです。

それではまた、機会があればお会いしましょう。ではでは。m(__)m

コメント 9

水槽の中を覗いているような感じをイメージしたんですけどどうでしょう？ｗ
実際の重力がはっきりわからない限り、見えている天体の本当の位置はわからないってことなんですかね
つくづく宇宙って不思議だなぁ

量子コンピューター、タイムマシン・・・非常に興味あります
期待しつつ気長に待ってます＾＾

ご講義アリガトウございました！
by MiLD_GiNGER (2005-02-27 22:29) 

非常に興味深く読ませて頂きました。

以前は相対性理論に興味があったのですが、
今日、改めて興味をもちました。

どうもありがとうございました。
by (2005-02-28 06:31) 

MiLD_GiNGERさんへ
こんにちは。レスをどうもありがとうございます。
>水槽の中を覗いているような
そうですね。おそらく、そのように見えることもあると思いますよ。牛乳瓶の底から覗いた感じとか、ワイングラスの底から見た感じとか、見え方や例え方はいろいろですが、光学的なレンズか重力による効果かの違いですから。(^^)

>天体の本当の位置はわからないってことなんですかね
何もない空間に巨大な重力源がある場合は本当にそうなると思いますよ。現実には、ブラックホールのようなものがあるとき、周囲のチリやガスを吸い込むときにX線を発するので、そこに何かがあるのがわかります。また、周囲の天体の軌道が変わりますから、天文台の観測にも引っかかるでしょう。(^^)

>ご講義アリガトウございました！
いえいえ、とんでもないです。こちらこそ、私の拙い解説にお付き合いくださって、本当にありがとうございました。m(__)m

みやもんさんへ
こんにちは。初めまして。レスとnice!を頂戴し、恐縮です。
私の拙い記事を読んでいただいたばかりでなく、改めて興味を持たれたとのこと。ライター冥利に尽きるお言葉です。どうもありがとうございます。(^^)
同様の企画がスタートしたときには、また忌憚ないご意見が窺えると嬉しいです。これからもどうぞよろしくです。(^^)
by kyao (2005-02-28 08:31) 

重力レンズを理解できました。ボクでもわかったので、みなさんも理解されているのでは？。

次回からの「スチャラカ」は、得意分野？なのでお任せを。

＝猫ちゃん＝
少し安心しました。自宅にも実家にも猫ちゃん・・・猫好きには、タマラナイ環境ですね。

６回シリーズ？ありがとう＆おつかれさまでした。
by kaz (2005-02-28 23:28) 

kazさん、こんにちは。レスをどうもありがとうございました。
私のあの解説でご理解いただけるとは！　kazさんの理解力の高さに敬服です。どうもありがとうございます。(^^)
>「スチャラカ」は、得意分野
うひ。それではコメント、お待ちしています。(^^)
>猫好きには、タマラナイ環境ですね。
うーん…飼っている人間には面倒なだけのような気がします。病気になれば心配だし、元気でいればうるさいし。部屋の中は汚れまくりますしね。一人暮らしの人にペットが無理なのはよく分かりました。
>ありがとう＆おつかれさまでした
いえいえ。こちらこそ、長い間のお付き合い、ありがとうございました。とりあえず、肩の力を抜いて、しばらくは好き勝手をやらせていただこうと思っています。これからもよろしくです。(^^)
by kyao (2005-03-01 08:40) 

素晴らしいっ(*^o^*)！！
一主婦であるkyaoさんが　こんな深遠な宇宙の事や相対性理論を
述べているなんて！
宇宙を知れば知るほど、人間の有り様を学んでいくと言いますが、
本当に素敵なことだと感じました(*^-^*)！
動物(ネコちゃん)も飼っておられるし(=^・^=)　(私も捨て猫育てが好きで・・)
昔海に行っていた頃、夜の浜辺に寝転がって
満天に広がる星空を眺めながら、友人と語り合ったことを
思い出しました。
これからちょこちょこ　お邪魔させて頂いていいですか？
ゲストなのでniceを差し上げたくても差し上げられないのが残念で、
恐縮ですが・・・(=´｀=)
by チカリ～ナ (2005-03-01 09:01) 

チカリーナさん、こんにちは。レスをありがとうございます。ときどきpeace_macさんのブログでご一緒しますね。いつも楽しいレス、拝見しています。(^^)
でもでも、チカリーナさん、ちょっち褒めすぎです（照れます。マジで)。自分はスチャラカ主婦＆SFアニメヲタクだとしか自覚していませんし。(^^ゞ
チカリーナさんも猫がお好きなのですか？　いろいろなお話が伺えそうで楽しみです。(^^)
>満天に広がる星空を眺めながら
うんうん、よいですねー。(^^)　やっぱり基本ってここだと思うんですよ。
子供の頃、父の田舎の福島へ行ったとき、初めて天の川を見ました。東京では見られない素敵な夜空に、思わず声を失いました。宇宙に興味を持つようになったのは、この辺にルーツがあるのかも知れません。
>お邪魔させて頂いていいですか？
もちろんですよー。(^^)　いつでも大歓迎です。でも、普段はもっとスチャラカな話題ばかりですが（シリアスな話題はあまり得意でないので）。(^^ゞ
>ゲストなので…
いえいえ、どうかお気になさらずに（笑）。それより、ゲストをいつまでも続けていると、peace_mac師匠に怒られませんか？(^^)
by kyao (2005-03-01 09:12) 

お忙しいのに　わざわざコメントありがとうございますm(_ _)m　恐縮です。
何かブログに　こんな私的な事を書き込んでいいものかと
思いながら、キーを叩いております。　マナー違反は遠慮無くビシバシ
注意して下さいね。
　(peace_macさんは実際本当に私のパソコンの師匠なのです)
私の亡き父も夜空を見上げているのが好きでした。　
父の恩師もプラネタリウムに携わっていた方でした。
宇宙、天体を見つめていると、
さまざまな想いを湧き上がらせてくれる思索の時間を
もたらしてくれるから　好き・・・。
ネコもイヌもだ～いすきです(*⌒∇⌒*)
庭が無いのでイヌは飼ったことがありませんが、
やはりネコちゃんは大好きだにゃ～(=^・^=)♪
ヨロシクです(^-^*)
by チカリ～ナ (2005-03-01 11:01) 

チカリーナさん、たびたびのレス、どうもありがとうです。(^^)
>私的なこと
いえいえ。お気になさらずに、ビシバシ書き込んでやってくださいませ（笑）。こういうアラシは大歓迎ですので。(^^)
レスを拝見しましたが、星や宇宙には小さい頃から関わり合いがおありだったのですね。星を観ていると、いろいろなことを考えますよね。とっても不思議です。そういえば、昔、とっても深い井戸の底には、昼間でも星が映るという話を聞きました。こういう話、私は大好きです。(^^)
わんこ、いいですねー。わたしのところもチカリーナさんのところ同様、庭がないので自動的に猫になりますが、どーせならでっかいわんこと戯れたい！（爆）
でも、本当はシロフクロウが飼いたいなあと、常日頃思い続けております。(^^ゞ
by kyao (2005-03-01 13:28)