تصاویر چندگانه‌ی ابرنواختری که در پشت یک عدسی گرانشی قرار گرفته است

0 0 0 0

توسط آیرین شیوایی , 8 دسامبر 2014

تصویر ۱: راست: صلیب اینشتین. میدان گرانشی قوی کهکشانی پرجرم، چهار تصویر از اختروَش (کوازار) دوردست ساخته است.
چپ: اگر کهکشان میانی پرجرم دقیقا بین ما و کهکشان دوردست قرار بگیرد، تصویر کهکشان دوردست بر اثر میدان گرانشی کهکشان میانی به شکل یک حلقه می‌شود که به حلقه‌ی اینشتین معروف است.

عدسی‌های گرانشی یکی از روش‌های کشف و بررسی کهکشان‌های کم‌نور دوردست هستند (برای خواندن مقاله‌های مرتبط با همگرایی گرانشی اینجا را ببینید). زمانی که کهکشانی پرجرم در بین ما و یک کهکشان دوردست قرار می‌گیرد، تصویر کهکشان دوردست بر اثر میدان گرانشی کهکشان میانی بزرگنمایی می‌شود. گاهی تصویر تشکیل‌شده به شکل یک حلقه است (معروف به حلقه‌ی اینشتین)، و گاهی چندین تصویر از کهکشان دوردست به وجود می‌آید (معروف‌ترین آن‌ها صلیب اینشتین است). شکل ۱ نمونه‌هایی از تصاویر حلقه و صلیب اینشتین را نشان می‌دهد. در این مقاله برای نخستین بار تصاویر چهارگانه (صلیب اینشتین) ابرنواختری کشف شده است که بر اثر میدان گرانشی کهکشانی در میانه‌ی راه به وجود آمده است.

تصویر ۲: تصویر ساده‌ای از همگرایی گرانشی. نور رسیده از جسم دوردست در میدان گرانشی کهکشان میانی همگرایی می‌شود و دو تصویر از آن تشکیل می‌شود. پرتوهای تشکیل‌دهنده‌ی این تصاویر مسیرهای متفاوتی را طی می‌کنند تا به ناظر زمینی برسند.

نخستین بار ۵۰ سال پیش رِفسدال^۱ مطرح کرد که نور رسیده از یک ابرنواختر در میدان گرانشی یک عدسی گرانشی در بین راه ممکن است از چندین مسیر مختلف به ما برسد. این مسیرها هم از نظر هندسی و هم از نظر گرانشی مسافت‌های متفاوتی دارند، به این معنا که نور در زمان‌های متفاوتی این مسیرها را طی می‌کند. برای مثال به شکل ۲ نگاه کنید: دو تصویر از جسم دوردست تشکلیل شده است. مسیرهای طی شده توسط پرتوهایی که این دو تصویر را تشکیل داده‌اند نه تنها از نظر هندسی مسافت‌هایی با طول متفاوت را طی کرده‌اند بلکه از میدان گرانشی متفاوتی از کهکشان میانی نیز عبور کرده‌اند. بنابراین نور رسیده از جسم دوردست در هر یک از تصاویر در زمان‌ متفاوتی به ناظر خواهد رسید. حالا تصور کنید که جرم دوردست یک ابرنواختر باشد که در زمان مشخصی ظاهر شده است: انفجار ابرنواختری با اختلاف زمان در هر یک از تصاویر ظاهر می‌شود!

تاکنون این پدیده با رصد اختروَش‌هایی^۲ با تصاویر چندگانه آزموده شده است، اما این نخستین بار است که تصاویر چندگانه‌ی تفکیک‌شده‌ی یک ابرنواختر رصد می‌شود. مهم‌ترین دست‌آورد چنین رصدی تخمین ثابت هابل است که یکی از مهم‌ترین ثابت‌های کیهان‌شناسی است. ثابت هابل نرخ انبساط کیهان را نشان می‌دهد و معکوس آن برابر سن کیهان است. تفاوت زمان در نور رسیده از ابرنواختر در تصاویرش با ثابت هابل رابطه‌ی معکوس دارد. از طرف دیگر اگر ثابت هابل را دانسته فرض کنیم، اختلاف زمانی تصاویر مستقیما با اختلاف پتانسیل گرانشی جسم میانی رابطه دارند و می‌تواند کمک کند که به توزیع جرم در کهکشان میانی، شامل ماده‌ی مرئی و ماده‌ی تاریک، پی ببریم. اگر خوش‌شانس باشیم و این ابرنواختر یک ابرنواختر نوع ۱-آ^۳ باشد می‌توان به فاصله دقیق هر یک از تصاویر از ما پی برد و از طریق آن مقدار دقیق بزرگنمایی حاصل از کهکشان میانی را اندازه‌گیری زد که کمک می‌کند دو مورد قبلی با دقت بیشتری اندازه‌گیری شوند.

تصویر ۳: تصاویر گرفته شده از کهکشان مارپیچی میزبان ابرنواختر (نقطه‌ی درخشان در بالا-راست تصاویر) و کهکشان بیضوی عدسی گرانشی (منبع نورانی در میان تصاویر).
ردیف بالا: تصاویر در سال ۲۰۱۰ و ۲۰۱۱، پیش از ظهور ابرنواختر، گرفته شده‌اند. بازوی کهکشان مارپیچی بر اثر میدان کهکشان کهکشان بیضوی به شکل کمان در‌آمده است.
ردیف میانی: تصاویر در هنگام ظهور و کشف ابرنواختر در نوامبر ۲۰۱۴.
ردیف پایین: اختلاف تصاویر پیش و پس از ظهور ابرنواختر. چهار تصویر تشکیل شده از ابرنواختر (صلیب اینشتین) به وضوح مشخص است.

ابرنواختر کشف‌شده در این مقاله که «ابرنواختر رفسدال» نام گرفته است، در بازوهای مارپیچی کهکشانی قرار دارد که تصویرش توسط یک کهکشان بیضوی پرجرم بزرگنمایی شده است. در شکل ۳ تصاویر دو کهکشان را می‌بینید. ردیف اول (بالا) عکس‌هایی هستند که در سه فیلتر مختلف در سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۱۱ گرفته شده‌اند. منبع پرنور بیضی‌شکل که در میان تصاویر است کهکشان بیضوی پرجرمی است که نقش عدسی گرانشی را دارد. هسته کهکشان مارپیچی دوردست در بالا-راست تصاویر دیده می‌شود و بازوهای این کهکشان بر اثر همگرایی گرانشی به شکل حلقه‌هایی در اطراف کهکشان بیضوی دیده می‌شوند. در ردیف میانی تصاویر اخیر این دو کهکشان را می‌بینید که در ماه نوامبر سال ۲۰۱۴ توسط تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده‌اند و زمانی است که ابرنواختر ظاهر شده است. میدان گرانشی کهکشان بیضوی چهار تصویر از ابرنواختر نوظهور تشکیل داده است (صلیب اینشتین). در ردیف پایین اختلاف دو ردیف را می‌بینید که در آن همه چیز حذف شده است و فقط نور تصاویر ابرنواختر باقی مانده است. چهار تصویر ابرنواختر با نام‌های S۱، S۲، S۳، S۴ نشان داده شده‌اند. بزرگنمایی S۴ از همه کمتر است و دیدن تغییر نور آن دشوارتر است. به نظر می‌رسد S۱ از نظر زمانی جلوتر از سه تصویر دیگر باشد.

تصویر ۴: تصویر رنگی کهکشان بیضوی عدسی و کهکشان مارپیچی میزبان ابرنواختر (بالا). تصاویر ابرنواختر با دایره‌های سبز نشان داده شده‌اند. دو تصویر پایین، تصاویر تشکیل‌شده‌‌ی دیگر از کهکشان مارپیچی هستند که در نقاط دیگری از خوشه‌ی کهکشانی دیده شده‌اند. ابرنواختر رفسدال زمانی در آینده در این تصاویر کهکشان میزبان ظاهر خواهد شد.

جالب اینجا است که کهکشان بیضوی میانی خود عضو یک خوشه‌ی کهکشانی بزرگ است و میدان گرانشی این خوشه نیز به طور جداگانه بر روی تصاویر ابرنواختر تاثیر می‌گذارد. به همین علت تعیین دقیق بزرگنمایی S۱، S۲، S۳ و S۴ کار ساده‌ای نیست. به علت حضور این خوشه‌ی کهکشانی، از کهکشان مارپیچی میزبان ابرنواختر نیز چند تصویر تشکیل شده است! پیش‌بینی شده است که نور ابرنواختر نوظهور در آینده (شاید یک دهه‌ی آینده) در دیگر تصاویر کهکشان مارپیچی دیده شود! تصاویر کهکشان مارپیچی میزبان را در دیگر نقاط خوشه‌ی کهکشانی می‌توانید در شکل ۴ ببینید.

این مقاله کشف هیجان انگیز ابرنواختر رفسدال را گزارش می‌دهد. اندازه‌گیری اختلاف زمان نور رسیده از ابرنواختر در هر یک از تصاویر کمک می‌کند که توزیع پراکندگی ماده‌ در کهکشان میانی و همچنین هندسه و انبساط کیهان با دقت بالایی تخمین زده شوند.