حلقه های انیشتین

شاهد عینی نسبیت عام انیشتین حلقه هایی از نور است که بر اثر خمیده شدن نور کهکشانهای دوردست در گذر از کنار میدان گرانشی نیرومند کهکشان بزرگ یا مجموعه کهکشانهای میان راه پدید آمده اند.

در تصاویر بالا که با تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده است،اشکال آبی رنگی کــه مانند چشم گاو به نظر می رسند، به حلقه های انیشتین معروف اند و زیباترین جلوه ی پدیده انحنای گرانشی در کیهان هستند. لکه های قرمز مایل به زرد، کهکشان های بیضوی غولپیکری هستند که نقش منحرف کننده نور یا همان عدسی های گرانشی را اجرا می کنند. آنها 2 تا 4 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند و با وجود فتصله زیادشان بسیار نزدیکتر از کهکشانهای منشا حلقه های انیشتین اند.

حلقه معمولا نماد عینی رمز آلود بودن، نماد یک قدرت- مانند داستان معروف ارباب حلقه ها- یا نماد پیوند بین دو انسان است. اما در فضا حلقه ای از نور ، چیزی بیش از یک نماد است.این حلقه یا کمان نورانی ، ما را به ماده نامریی راهنمایی می کند و نوری است که از کهکشان های بسیار دور به ما می رسد.آلبرت انیشتین حدود ۷۰ سال پیش ، وجود چنین حلقه هایی را پیش بینی کرد.وی در مقاله ای در سال ۱۹۳۶ توصیف کرد که چگونه بر اثر انحراف نور در میدان گرانشی یک جرم عظیم ممکن است نور دوردستی چنان منحرف شود که حلقه ای کامل به نام “حلقه ی انیشتین” بسازد. جرم منحرف کننده نور در بین راه مانند یک عدسی عمل می کند و علاوه بر ایجاد تصویری بزرگتر، هر چند به هم ریخته، از جرم دوردست، همچنین منبع نور را روشن تر می سازد؛ به صورتی که در بعضی موارد این عدسی های عظیم کیهانی کهکشان های بسیار کم نور را قابل مشاهده می نمایند.
آدام بولتون از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیت سونی (CFA) می گوید:“حلقه انیشتین یکی از جذاب ترین جلوه های نظریه نسبیت عام در کیهان به شمار می رود و به ما امکان می دهد تا کهکشان های بسیار پرجرم موجود در کیهان را مطالعه کنیم.”
این خطای اپتیکی ایجاد شده بر اثر انحنای فضا به “همگرایی گرانشی” معروف است.درست مانند آنکه یک عدسی بزرگ با بزرگنمایی بالا را در فضا قرار دهیم تا ضمن تشدید نور اجسام دورتر ، به آن انحنا دهد.در همگرایی گرانشی نور کهکشانی دور می تواند بر اثر یک کهکشان در بین راه منحرف شود و یک کمان یا چند تصویر جدا از هم بسازد.هنگامی که هر دو کهکشان ذکر شده نسبت به ما درست در یک خط قرار گیرند، نور به شکل حلقه ای مانند “چشم گاو” در می آید، که به “حلقه انیشتین” معروف است و پیرامون کهکشان نزدیک تر یعنی همان عدسی گرانشی تشکیل می شود.
اخترشناسان در حال حاضر دو منبع قوی برای جمع آوری اطلاعات در این زمینه در اختیار دارند: طرح نقشه برداری دیجیتالی آسمان یا (Sloan Digital Sky Survey) SDSS و تلسکوپ فضایی هابل که از آنها برای شناسایی ۱۹ مورد مشکوک به پدیده انحنای گرانشی کهکشانی استفاده می کنند. این موارد به ۱۰۰ مورد از قبل شناسایی شده اضافه می شوند. با بررسی این کمان ها و حلقه های تشکیل شده بر اثر انحراف نور، اخترشناسان می توانند به صورت دقیق جرم کهکشان نزدیک تر را محاسبه کنند. در بین این ۱۹ مورد، آنها ۸ مورد از “حلقه های انیشتین” یافته اند که فقط ۳ مورد از آنها قبلا در طیف مریی دیده شده بودند.
این موارد تازه کشف شده، از طرح در حال انجامی به نام « slacs » گرفته شده اند.گروهی از منجمان به سرپرستی آدام بولتون از «CfA » و لئون کوپمانس از مؤسسه نجوم کپتین در هلند، نامزدهای پدیده انحنای گرانشی را از میان چند صدهزار طیف مرئی گرفته شده از کهکشان های بیضوی در طرح «SDSS » انتخاب کردند.آنان برای تایید این انتخاب از چشمان تیزبین دوربین پیشرفته نقشه برداری هابل استفاده کردند. بولتون توضیح می دهد که “حجم انبوه اطلاعات « sdss » همراه با کیفیت عکس برداری تلسکوپ فضایی هابل فرصت جدیدی را برای کشف موارد جدیدی از انحنای گرانشی فراهم آورده است. ما موفق شده ایم از هر هزار کهکشان که علائمی از انحنای گرانشی نشان می دادند، فقط یک مورد را از بقیه جدا کنیم.”

علاوه بر ایجاد این اشکال عجیب، پدیده همگرایی گرانشی مستقیم ترین نشانه وجود ماده ی تاریک در کهکشان های بیضوی است.
ماده تاریک شکل نامرئی و بسیار اسرارآمیز ماده است که هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است و اخترشناسان وجود آن را با اندازه گیری تاثیر گرانشی آن بر محیط اطراف نتیجه می گیرند. ماده تاریک در داخل کهکشان ها پخش شده و بیشتر مقدار ماده ی موجود در کیهان را تشکیل می دهد. با بررسی ماده تاریک در کهکشان ها، اختر شناسان امیدوارند تا بینش بهتری نسبت به تشکیل کهکشان ها، که در زمان فشردگی ماده تاریک در عالم اولیه آغاز شده است، به دست آورند.
کوپمانس می گوید:“با مطالعه موارد مختلف پدیده انحنای گرانشی که نور منشا آنها به چندین میلیارد سال پیش بر می گردد، این امکان فراهم می شود تا تغییرات توزیع ماده تاریک و مرئی را در طی زمان از ابتدای عالم تا دوران نزدیک به ما بررسی کنیم. با استفاده از این اطلاعات ، درستی نظریه رایجی که بر طبق آن کهکشان ها از جمع شدن و به هم پیوستن کهکشان های کوچکتر به وجود می آیند، آزمایش می شود.”طرح تحقیقاتی «Slacs » که بولتون آن را در دانشگاه « MIT » آغاز کرد ، کماکان ادامه دارد و تاکنون گروه او از تلسکوپ فضایی هابل برای بررسی ۵۰ کهکشان نامزد به منظور جستجوی پدیده همگرایی گرانشی استفاده کرده است. تعداد کهکشان های مطالعه شده در نهایت بالغ بر ۱۰۰ عدد خواهد بود که در بین آنها موارد وقوع همگرایی گرانشی بیشتری وجود خواهد داشت. یافته های اولیه این تحقیق در مقاله ای در فوریه ۲۰۰۶ در نشریه اخترفیزیک «(Astrophysical Journal) »