عدسة جاذبية أينشتاين الحلقية: SDSS J163028.15 + 452036.2. حقوق الصورة: هابل. اضغط للتكبير
بينما طور ألبرت أينشتاين نظريته في النسبية العامة قبل قرن تقريبًا ، اقترح أن مجال الجاذبية من الأجسام الضخمة يمكن أن يشوه الفضاء بشكل كبير ويصرف الضوء.
يُطلق على الوهم البصري الناتج عن هذا التأثير اسم عدسة الجاذبية. وهي تعادل الطبيعة وجود عدسة مكبرة عملاقة في الفضاء تشوه وتضخم ضوء الأجسام البعيدة. وصف أينشتاين عدسة الجاذبية في ورقة نشرت في عام 1936. لكنه اعتقد أن التأثير غير قابل للرصد لأن التشوهات الضوئية التي تنتجها النجوم الأمامية التي تشوه الفضاء ستكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها من قبل أكبر التلسكوبات في عصره.
الآن ، وبعد مرور ما يقرب من قرن من الزمان ، جمع علماء الفلك بين مادتين فلكيتين قويتين ، مسح Sloan Digital Sky Survey (SDSS) وتلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ، لتحديد 19 مجرة جديدة "ذات عدسات جاذبية" ، مضيفين بشكل كبير إلى ما يقرب من 100 عدسة جاذبية كانت معروفة سابقًا. ومن بين هؤلاء التسعة عشر ، وجدوا ثماني حلقات جديدة تسمى "حلقات أينشتاين" ، والتي ربما تكون المظهر الأكثر أناقة لظاهرة العدسة. وقد شوهدت ثلاث حلقات فقط من هذا القبيل في الضوء المرئي.
في عدسة الجاذبية ، يمكن أن ينحرف الضوء من المجرات البعيدة في طريقه إلى الأرض من خلال مجال الجاذبية لأي جسم ضخم يقع في الطريق. وبسبب هذا ، نرى المجرة مشوهة إلى قوس أو صور منفصلة متعددة. عندما تكون كلتا المجرتين مصطفتين تمامًا ، يشكل الضوء نمط عين الثور ، يسمى حلقة آينشتاين ، حول المجرة الأمامية.
تأتي العدسات المكتشفة حديثًا من مشروع مستمر يسمى مسح Sloan Lens ACS (SLACS). قام فريق من علماء الفلك بقيادة آدم بولتون من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، وليون كوبمانز من معهد كابتن الفلكي في هولندا ، باختيار العدسات المرشحة من بين عدة مئات الآلاف من الأطياف الإهليلجية في المجرات الإهليلجية في مسح سلون الرقمي للسماء. ثم استخدموا العيون الحادة لكاميرا هابل المتقدمة للاستطلاعات للتأكد.
وأوضح بولتون: "لقد أتاح الحجم الهائل لـ SDSS ، إلى جانب جودة التصوير لتلسكوب هابل ، هذه الفرصة غير المسبوقة لاكتشاف عدسات الجاذبية الجديدة". "لقد نجحنا في تحديد واحدة من كل 1000 مجرة تظهر علامات العدسة الجاذبية لمجرة أخرى".
مسح فريق SLACS أطياف ما يقرب من 200،000 مجرة على بعد 2 إلى 4 مليار سنة ضوئية. كان الفريق يبحث عن أدلة واضحة على انبعاث المجرات مرتين بعيدًا عن الأرض وخلف المجرات القريبة مباشرةً. ثم استخدموا كاميرا Hubble المتقدمة للاستطلاعات لالتقاط صور 28 من هذه المجرات المرشحة. من خلال دراسة الأقواس والحلقات التي أنتجها 19 من هؤلاء المرشحين ، يمكن لعلماء الفلك قياس كتلة المجرات الأمامية بدقة.
بالإضافة إلى إنتاج الأشكال الغريبة ، فإن العدسة التثاقلية تمنح الفلكيين التحقيق الأكثر مباشرة لتوزيع المادة المظلمة في المجرات الإهليلجية. المادة المظلمة هي شكل غير مرئي وغريب من المادة لم يتم ملاحظته مباشرة بعد. يستنتج علماء الفلك وجودها من خلال قياس تأثير الجاذبية. المادة المظلمة منتشرة داخل المجرات وتشكل معظم الكتلة الكلية للكون. من خلال البحث عن المادة المظلمة في المجرات ، يأمل الفلكيون في الحصول على نظرة ثاقبة لتكوين المجرة ، والتي يجب أن تكون قد بدأت حول تركيزات متكتلة من المادة المظلمة في الكون المبكر.
وتابع بولتون: "تشير نتائجنا إلى أن" مجرات العدسة الإهليلجية "هذه ، في المتوسط ، لها نفس بنية الكتلة الخاصة التي لوحظت في المجرات الحلزونية. يقابل ذلك زيادة في نسبة المادة المظلمة نسبةً إلى النجوم عندما يتحرك المرء بعيدًا عن مركز المجرة العدسة وإلى أطرافها الباهتة. وبما أن هذه العدسات اللامعة مشرقة نسبيًا ، يمكننا ترسيخ هذه النتيجة بمزيد من الملاحظات الطيفية الأرضية لحركات النجوم في العدسات. "
وأضاف الدكتور كوبمانز: "إن القدرة على دراسة هذه العدسات وغيرها من الجاذبية منذ زمن يعود إلى عدة مليارات من السنين تسمح لنا برؤية ما إذا كان توزيع الظلام [غير المرئي] والكتلة المرئية يتغير مع الزمن الكوني". "بهذه المعلومات ، يمكننا اختبار الفكرة الشائعة بأن المجرات تتكون من الاصطدام واندماج المجرات الأصغر."
بدأ مسح Sloan Digital Sky Survey ، الذي اختيرت منه عينة مرشح العدسة SLACS ، في عام 1998 باستخدام تلسكوب أرضي مصمم خصيصًا لقياس الألوان والسطوع لأكثر من 100 مليون جسم على مدى ربع السماء والخريطة المسافات لملايين المجرات والكوازارات. قال سكوت بورليس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج ، ماساتشوستس ، عضو فريق SLACS: "لم يكن هذا النوع من مسح العدسات الجاذبية هدفًا أصليًا لـ SDSS ، ولكنه أصبح ممكنًا بفضل الجودة الممتازة لبيانات SDSS". وواحد من مبدعي SDSS.
قال عضو فريق SLACS توماسو تريو من جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، "هناك مكافأة إضافية للحجم الكبير لقاعدة بيانات SDSS وهي أنه يمكننا تصميم معايير البحث لدينا للعثور على العدسات الأكثر ملاءمة لأهداف علمية محددة". . "في حين أننا اخترنا حتى الآن أكبر المجرات كأهدافنا ، فإننا في المراحل التالية من المسح نستهدف المجرات ذات العدسات الأصغر. كانت هناك اقتراحات بأن هيكل المجرات يتغير مع حجم المجرة. من خلال تحديد هذه الأشياء النادرة "عند الطلب" ، سنتمكن قريبًا للمرة الأولى من اختبار ما إذا كان هذا صحيحًا ".
تمت إضافة عضو فريق SLACS ليونيداس موستاكاس من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا: "توفر حلقات آينشتاين هذه أيضًا نظرة مكبرة لا مثيل لها للمجرات ذات العدسات ، مما يتيح لنا دراسة النجوم وتاريخ تكوينها هذه المجرات البعيدة. "
مسح SLACS مستمر ، وحتى الآن استخدم الفريق هابل لدراسة ما يقرب من 50 من مجراتهم المرشحة للعدسات. من المتوقع أن يكون الإجمالي النهائي أكثر من 100 ، مع العديد من العدسات الجديدة. وستظهر النتائج الأولية للمسح في عدد فبراير 2006 من مجلة الفيزياء الفلكية وفي ورقتين أخريين تم تقديمهما لتلك المجلة.
المصدر الأصلي: Hubblesite News Release
