In aanwezigheid van zwaartekracht gedragen fotonen zich als deeltjes met momentum en energie, en hun paden worden beïnvloed door het zwaartekrachtveld. Dit fenomeen, bekend als zwaartekrachtlensvorming, zorgt ervoor dat licht van verre objecten wordt afgebogen wanneer het door het zwaartekrachtveld van massieve objecten, zoals sterrenstelsels of zwarte gaten, gaat.

De afbuiging van licht als gevolg van de zwaartekracht werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein en is uitgebreid bevestigd door verschillende waarnemingen. Enkele belangrijke aspecten van hoe fotonen zich gedragen in de aanwezigheid van zwaartekracht zijn:

1. Zwaartekrachtlensvorming:Zwaartekrachtlensvorming treedt op wanneer licht van verre bronnen door het zwaartekrachtveld van een massief object gaat. Het massieve object fungeert als een zwaartekrachtlens, die het pad van het licht buigt en vervormt. Dit effect is meer uitgesproken voor objecten met een sterker zwaartekrachtveld.

2. Afbuiging van licht:De afbuiging van licht door de zwaartekracht was een van de belangrijkste voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie. Het stelt dat lichtstralen die in de buurt van een massief object passeren, naar het object worden afgebogen. Deze afbuiging is evenredig met de massa van het object en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot het object.

3. Tijddilatatie door zwaartekracht:Fotonen worden, net als alle andere deeltjes, beïnvloed door tijddilatatie door zwaartekracht. Terwijl fotonen door een zwaartekrachtveld reizen, ervaren ze een vertraging van de tijd ten opzichte van waarnemers in een zwakker zwaartekrachtveld. Deze tijdsdilatatie leidt tot verschillende effecten, zoals zwaartekrachtroodverschuiving, waarbij de golflengte van het licht toeneemt naarmate het zich in de richting van een massief object beweegt.

4. Frame slepen:Frame slepen is een fenomeen dat wordt voorspeld door de algemene relativiteitstheorie en beschrijft de manier waarop de rotatie van een massief object het weefsel van de ruimtetijd eromheen sleept. Dit heeft effect op de paden van fotonen die in de buurt van het roterende object passeren, waardoor ze op een specifieke manier worden afgebogen.

5. Effecten van zwarte gaten:In de buurt van zwarte gaten is het zwaartekrachtveld extreem intens en worden de effecten op fotonen nog duidelijker. De afbuiging van licht nabij een zwart gat is zo groot dat er meerdere beelden van verre objecten kunnen ontstaan, ook wel zwaartekrachtsluchtspiegelingen genoemd. Bovendien kunnen fotonen worden opgevangen door de zwaartekracht van een zwart gat, wat leidt tot de vorming van fotonenbollen en de uiteindelijke val van fotonen in het zwarte gat.

Het gedrag van fotonen in aanwezigheid van zwaartekracht heeft diepgaande implicaties voor ons begrip van het universum en is een onderwerp geweest van uitgebreid onderzoek in de astrofysica en kosmologie. Door de effecten van zwaartekrachtlenzen en andere verschijnselen te observeren en te analyseren, verwerven wetenschappers inzicht in de massadistributie, structuur en evolutie van sterrenstelsels, zwarte gaten en het grootschalige universum.