اثر همگرایی گرانشی بر ابرنواخترهای نوع ۱

اثر همگرایی گرانشی بر ابرنواخترهای نوع ۱
همگرایی گرانشی هنگامی اتفاق می‌افتد که نور از کنار یک جسم بسیار پر جرم عبور کند و در اثر گرانش آن خمیده شود. در اثر این پدیده، نور رسیده از جسم دورتر از نواحی مختلفی به ما می‌رسد و به صورت چندین تصویر متفاوت از یک جسم دیده می‌شود. تصاویر شکل‌گرفته می‌توانند یک حلقه تشکیل دهند که به آن حلقه‌ی انیشتین گفته می‌شود.

شکل ۱: همگرایی گرانشی هنگامی اتفاق می‌افتد که نور از کنار یک جسم بسیار پر جرم عبور کند و در اثر گرانش آن خمیده شود. در اثر این پدیده، نور رسیده از جسم دورتر از نواحی مختلفی به ما می‌رسد و به صورت چندین تصویر متفاوت از یک جسم دیده می‌شود. تصاویر شکل‌گرفته می‌توانند یک حلقه تشکیل دهند که به آن حلقه‌ی انیشتین گفته می‌شود. تصویر از وبسایت LSST گرفته شده است.

 ابرنواخترهای نوع ۱ با درخشش معین، به اصطلاح شمع‌های استانداردی هستند که برای اندازه‌گیری فواصل اجرام استفاده می‌شوند. اخیراً‌ ابرنواختری کشف شده است که درخششی بسیار بیشتر از مقدار مورد انتظار (براساس محاسبه‌ی فاصله‌اش) دارد. این ابرنواختر PS1-10afx نام دارد. پرنوری PS1-10afx این سؤال را برمی‌انگیزد که آیا این ابرنواختر نوع جدیدی از ابرنواخترهای بسیار درخشنده است؟ یا اینکه یک ابرنواختر نوع ۱ معمولی است که یک عدسی گرانشی نامرئی باعث بزرگنمایی و تشدید درخشندگیش شده است؟ عدسی گرانشی به یک جسم پر جرم، مثلاً یک کهکشان، گفته می‌شود که نور جسم پس‌زمینه‌اش را شکسته و خمیده کرده و چند تصویر از آن ایجاد کند؛ درست مانند یک عدسی در علم اپتیک (به شکل ۱ نگاه کنید). در این مقاله، پژوهشگران نشان می‌دهند که یک کهکشان در جلوی ابرنواختر PS1-10afx وجود دارد که شدیداً باعث بزرگنمایی و افزایش درخشش آن می‌شود. وجود چنین عدسی گرانشی‌ای برای اولین بار در این مقاله بررسی شده است و می‌تواند منجر به کشف تعداد دیگری ابرنواختر با شرایط مشابه شود. هم‌چنین این کشف می‌تواند روشی برای آزمایش انبساط عالم ارائه دهد.

ابرنواختر PS1-10afx در ۳۱ آگوست ۲۰۱۰ توسط Pan-STARRS1* کشف شده است. قرمز بودن غیرعادی ابرنواختر، تیم Pan-STARRS1 را بر آن داشت که مشاهدات بیشتری در طیف مرئی و فروسرخ نزدیک انجام دهد. بر طبق این مشاهدات برآورد شده است که این ابرنواختر انتقال به سرخی برابر ۱/۳۹ دارد. با استفاده از مقدار انتقال به سرخ و انجام نورسنجی‌های متعدد،‌ درخششی برابر با ۴ ضربدر ۱۰ به توان ۴۴ اِرگ بر ثانیه برای این ابرنواختر به دست می‌آید. این درخشش ۴۰۰ برابر روشن‌تر از درخشش یک ابرنواختر نوع ۲ است که در اثر واپاشی هسته‌ی ستاره به وجود می‌آید. اما دسته‌ی نادری از ابرنواخترها که به ابرنواخترهای بسیار درخشنده‌ معروفند وجود دارند که دارای چنین درخشش بالایی هستند؛ ابرنواختر PS1-10afx به دو علت نمی‌تواند جزو این دسته قرار گیرد: اول آن‌که PS1-10afx بسیار قرمزتر و در نتیجه سردتر از ابرنواخترهای بسیار درخشنده است و دوم آن‌که خیلی سریع‌تر از آن‌ها متحول شده است. 

فرضیه‌ی دیگر اینست که PS1-10afx در واقع یک ابرنواختر نوع ۱ با درخشندگی معمولیست که روشنایی ظاهریش توسط عدسی‌های گرانشی زیاد شده است. منحنی نوری و طیف‌های مختلف این ابرنواختر منطبق با نوع ۱ است. با این وجود در ابرنواخترهای نوع ۱ معمولی، رابطه‌ی تنگاتنگی بین پهنای منحنی نوری و درخشندگی ماکسیممشان وجود دارد. بنا بر این رابطه، درخشندگی PS1-10afx سی برابر روشن‌تر از مقدار مورد انتظار است. این بزرگنمایی و شدت روشنایی‌ تنها با همگرایی گرانشی قوی امکان‌پذیر است. در اثر این پدیده، نور تابش شده از ابرنواختر خمیده شده و حلقه‌ی انیشتین و یا چندین تصویر بزرگ شده‌ی قابل تفکیک (شکل ۱) را به وجود می‌آورد. با وجود این‌که Pan-STARRS1 مشاهدات زیادی را به هدف تفکیک این تصاویر انجام داده است، به نظر می‌آید که گستردگی زاویه‌ای این تصاویر کوچکتر از آنند که قابل مشاهده با تلسکوپ‌های فعلی باشد. برای اثبات این فرضیه، باید توضیح داد که چرا شواهد نورسنجی و طیف‌سنجی کافی برای وجود کهکشان میزبان این ابرنواختر وجود دارد ولی در مورد عدسی‌های گرانشی جلوی این ابرنواختر اطلاعاتی به دست نمی‌دهند. 

شکل ۲: طیف نوری در محل ابرنواختر PS1-10afx هنگامی که نور ابرنواختر در ماکسیمم خود قرار داشت (رنگ خاکستری) و بعد از آن که عموما مربوطند به کهکشان میزبان و اجسام دیگری که در زاویه دید ما هستند (رنگ بنفش). این تصویر دو خط طیفی مهم را نشان می‌دهد که مربوط به انتقال به سرخ‌های ۱/۲۹ و ۱/۱۱۶۸ (محل کهکشان میزبان و کهکشان قرارگرفته در جلوی ابرنواختر) هستند. این دو خط با O II در نمودار اصلی نشان داده شده‌اند. نمودارهای پایین دیگر خطوط جذبی مشاهده‌ شده را در دستگاه لخت هر دو کهکشان نشان می‌دهند.

شکل ۲: طیف نوری در محل ابرنواختر PS1-10afx هنگامی که نور ابرنواختر در ماکسیمم خود قرار داشت (رنگ خاکستری) و بعد از آن که عموما مربوطند به کهکشان میزبان و اجسام دیگری که در زاویه دید ما هستند (رنگ بنفش). این تصویر دو خط طیفی مهم را نشان می‌دهد که مربوط به انتقال به سرخ‌های ۱/۲۹ و ۱/۱۱۶۸ (محل کهکشان میزبان و کهکشان قرارگرفته در جلوی ابرنواختر) هستند. این دو خط با O II در نمودار اصلی نشان داده شده‌اند. نمودارهای پایین دیگر خطوط جذبی مشاهده‌ شده را در دستگاه لخت هر دو کهکشان نشان می‌دهند.

پژوهشگران این مقاله از تلسکوپ Keck-1 برای مشاهده‌ی کهکشان میزبان و اجسام دیگر در مسیر ابرنواختر (در زاویه دید ما) استفاده  کرده‌اند. همان‌طور که در شکل ۲ می‌بینید، دو خط تابشی باریک در محل PS1-10afx پس از کم‌نور شدن ابرنواختر مشاهده می‌شوند. خطوط طیفی مشاهده شده در طول موج‌های ۳۷۲۶/۱ و ۳۷۲۸/۸ آنگستروم (در دستگاه لخت) مربوط به کهکشان میزبان است که قبلا نیز مشاهده شده بودند. در رصد جدید یک خط تابشی ثانویه در طول موج ۷۸۹۰ آنگستروم هم مشاهده شده است. از آن‌جایی که انتظار مشاهده‌ی هیچ خط تابشی قوی‌ای در این طول موج از کهکشان میزبان وجود ندارد، این آشکارسازی وجود جسم دومی را در راستای دید ابرنواختر پیشنهاد می‌کند. محاسبات پژوهشگران این مقاله نشان می‌دهند که جسم دوم در واقع یک کهکشان است که جلوی PS1-10afx و کهکشان میزبانش و در انتقال به سرخ ۱/۱۱۶۸ قرار دارد. 

نکته‌ی دیگری که باید بررسی کرد اینست که آیا این کهکشان ویژگی‌های لازم برای عدسی گرانشی بودن را دارد؟ محاسبات دقیق در این مقاله نشان می‌دهد که جرم کهکشان نزدیکتر ۹ میلیارد برابر جرم خورشید و سن آن ۱ میلیارد سال است. جرم کهکشان میزبان ۷ میلیارد برابر جرم خورشید و سن آن ۰/۱ میلیارد سال برآورد شده است. شبیه‌سازی‌ها و محاسبات متعدد نشان می‌دهند که انتقال به سرخ و جرم کهکشان نزدیکتر با مقادیر مربوط به عدسی‌های گرانشی مطابقت کامل دارند. از این رو محققان به این نتیجه رسیده‌اند که ابرنواختر PS1-10afx یک ابرنواختر نوع ۱ معمولی است که با عدسی‌های گرانشی قوی بزرگنمایی و نور آن تشدید شده است. 

مشاهدات فعلی، قابلیت تفکیک تصاویر به وجود آمده از این ابرنواختر را ندارند و تنها می‌توانند تشدید نور آن را رصد کنند. در آینده، تصویربرداری با قدرت تفکیک بسیار بالا با استفاده از تلسکوپ هابل و دیگر ابزار اپتیکی می‌تواند تصاویر همگرایی گرانشی PS1-10afx را آشکار سازد. این مشاهدات اطلاعات مهمی درباره‌ی فیزیک این عدسی‌ها به دست خواهند داد. هم‌چنین انتظار می‌رود که تلسکوپ‌های با تفکیک بالا بتوانند تأخیر زمانی رسیدن نور از تصاویر مختلف به وجود آمده را اندازه بگیرند که منجر به شناخت بیشتر ما از انبساط عالم خواهد شد. 

*Pan-STARRS1: Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System 1

عنوان اصلی مقاله:
Detection of the Gravitational Lens Magnifying a Type Ia Supernova
نویسندگان:
Robert M. Quimby, Masamune Oguri, Anupreeta More, Surhud More, Takashi J. Moriya, Marcus C. Werner, Masayuki Tanaka,Gaston Folatelli, Melina C. Bersten, Keiichi Maeda, Ken’ichi Nomoto
این مقاله برای چاپ در Science پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1404.6014
گردآوری: آزاده کیوانی
دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

بازتاب‌ها

  1. میدان‌های مرزی: فراسوی آنچه تاکنون دیده‌ایم | اسطرلاب (StarYab) ۱۳ اردیبهشت, ۱۳۹۳، ۲۱:۲۷

    […] ← اثر همگرایی گرانشی بر ابرنواخترهای نوع ۱ […]

دیدگاه‌ها

  1. Hodjat Mariji
    Hodjat Mariji ۷ اردیبهشت, ۱۳۹۳، ۰۹:۰۸

    ممنون از شما بخاطر اخبار جدید نجومی

    پاسخ به این دیدگاه
  2. شایان
    شایان ۲۶ اردیبهشت, ۱۳۹۳، ۱۴:۲۸

    چرا این عدسی گرانشی نامرئیه؟!

    پاسخ به این دیدگاه
    • آزاده کیوانی
      آزاده کیوانی نویسنده ۲۶ اردیبهشت, ۱۳۹۳، ۱۷:۰۷

      به دلیل فاصله‌ی زیاد و نور نسبتا کم رسیده از این کهکشان (که در این‌جا نقش عدسی گرانشی را بازی می‌کند) تا قبل از این از وجودش باخبر نبودیم و برای همین آن را نامرئی می‌خوانیم. ولی همان‌طور که در این مقاله آمده، در طول موج‌های خاصی، خطوط تابشی مشاهده شده‌اند که مربوط به این عدسی گرانشی هستند. بعد از این مشاهدات انگار دیگر نامرئی هم نباید صدایش کنیم!

      پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*