عدسی های گرانشی ، تلسکوپ های خدادادی

طولی نکشید که این نظریه توسط آرتور ادینگتون اثبات شد. ادینگتون توانست در سال 1919 میلادی در طی یک خورشید گرفتگی کامل، نور ستاره ها که در پشت خورشید قرار داشتند را ببیند. یعنی نور ستاره ها به علت میدان گرانشی خورشید منحرف شده و ستاره های پشت خورشید دیده می شدند. ( شکل زیر )

انیشتین در نظریه ی نسبیت عام خود ادعا کرد، میزان انحراف نور توسط جسم ( میزان خمیدگی فضا- زمان ) به میزان جرمِ جسم بستگی دارد.
حال اگر به جای خورشید، گروهی از کهکشان ها (با جرمی چند میلیارد برابر خورشید) را قرار دهیم، در این صورت نور چگونه خمیده می شود؟ و اجرام پشت کهکشان ها چگونه دیده می شوند؟
جواب این سوال، توضیح عدسی های گرانشی است، در واقع دانشمندان گرانش حاصل از گروه های کهکشانی را به عنوان یک عدسی در نظر گرفته اند و آن را عدسی گرانشی نامیدند.
البته خمیدگی نور توسط عدسی های گرانشی با عدسی هایی که در آزمایشگاه ها مشاهده کرده اید متفاوت است. خمیدگی نور توسط عدسی گرانشی مانند قرار دادن پایه ی جام در مقابل نور شمع است. در این حالت، نور مانند حلقه هایی دیده می شود، البته گاهی این حلقه ها به طور کامل تشکیل نمی شوند.


تشکیل حلقه ها به طور کامل که به حلقه ها ی انیشتین معروف هستند زمانی روی می دهد که گروه کهکشان ها ( عدسی) و جسمی که در پشت آن قرار دارد، مثلاً اختروشی ( چشمه ) و زمین ( ناظر ) در یک راستا قرار داشته باشند.
دانشمندان سال ها عدسی های گرانشی را پیش بینی کرده بودند اما تصاویری موسوم به حلقه های انیشتین در سال میلادی 1988 میلادی توسط Hewett و همکارانش دیده شد، البته این حلقه ها کامل نبوند و برای نخستین بار حلقه های کامل در سال 1998 میلادی با همکاری دانشگاه منچستر و تلسکوپ هابل کشف شد.
نحوی خمیده شدن نور توسط عدسی های گرانشی را می توانید .

دانشمندان پس از دریافت تصاویر متعدد ازعدسی های گرانشی آنها را به سه دسته تقسیم کردند:
1-همگرایی قوی گرانشی: برای تفهیم بهتر، فرض کنید در پشت عدسی های گرانشی ( گروهی از کهکشان ها ) اختروشی قرار دارد که می توان آن را به صورت چشمه در نظر گرفت. در این نوع همگرایی، با این که چند تصویر از چشمه دیده می شود؛ تغییر شکل چشمه به خوبی قابل مشاهده است.حلقه های انیشتین و تصویرهای چندگانه ای از اختروش مثالی از این موضوع هستند.

2-همگرایی ضعیف گرانشی: در این نوع همگرایی برعکس همگرایی قوی، تغییر شکل چشمه قابل مشاهده نیست و کمان های بزرگ وحلقه های انیشتین را نمی بینیم. در نتیجه فقط می توان با تحلیل تغییر شکل چشمه؛ علامت هایی از همگرایی پیدا کرد. اگر در ناحیه ای از فضا کهکشانِ زمینه به طور متوسط تغییر شکل دهند، می تواند نشان دهنده ی همگرایی ضعیف گرانشی باشد. البته در این روش خطای آماری بسیار مهم است.
3-ریز همگرایی گرانشی: در این نوع، همگرایی دیده نمی شود و آنچه دیده می شود، تقویت نور چشمه ( مثلا ًاختروش ) است. فرض کنید عدسی (گروهی از کهکشان ها ) از جلوی چشمه ( اختروش ) رد شوند، هنگام عبور، نورِ اختروشِ را همگرا می کند و از اختروش دو یا چند تصویر ایجاد می شود؛ که به دلیل فاصله ی بسیار زیاد اختروش از ناظر ( زمین) و فاصله ی کم بین دو یا چند تصویر، ناظر ( زمین ) نمی تواند تصاویر را تفکیک کند و فقط تقویت نور چشمه ( اختروش ) را می بیند.
در هر سه دسته، عدسی های گرانشی به ما کمک می کنند تا بتوانیم از جهانی که بسیار برای ما دور است تصویر برداری کنیم. به همین علت نام تلسکوپ های خدادادی را بر آن ها نهادم.
البته فواید عدسی های گرانشی به همین جا ختم نمی شدند. این عدسی ها به دانشمندان کمک کردند تا بتوانند نشانه ای از ماده ی تاریک را در کهکشان ها بیابند.
همان طوری که در ابتدای متن اشاره کردم، میزان انحراف نور توسط جسم به جرمِ جسم بستگی دارد، دانشمندان از مشاهدات در یافتند که میزان خمیدگی نور چشمه درگذر از کنار یک خوشه ی کهکشانی حکایت از وجود جرمی بسیار بیشتر از کلِ جرمِ قابلِ رویت و محاسبه شده در کهکشان است. به بیان ساده تر میزان خمیدگی نور بسیار بیشتر از آن چه انتظار می رفته، بوده است. یعنی جرمی غیر قابل رویت در کهکشان ها وجود دارد که این جرم همان ماده ی تاریک است.
یکی دیگر از امکاناتی که عدسی گرانشی ایجاد می کند، تعیین ثابت هابل است. ( ثابت هابل: نسبت سرعت دور شدن دو خوشه ی کهکشانی از هم به فاصله این دو خوشه از هم است.) ثابت هابل به دانشمندان کمک می کند تا میزان انبساط جهان رابیابند. انیشتین در نسبیت عام انبساط جهان را حدس زده بود و بار دیگردانشمندان توسط عدسی های گرانشی به این موضوع رسیدند.

گردآورنده: نسیم فرزانگان