عدسي هاي گرانشي
نويسنده: سيما قاسمي
همان طور که مسير نور بر اثر عبور از عدسي منحرف مي شود، هنگام عبور از کنار جرم هم منحرف مي شود. پس مي توانيم از ستاره ها، کهکشان ها و خوشه هاي کهکشاني به عنوان عدسي استفاده کنيم. نام اين نوع عدسي ها را گذاشته اند عدسي گرانشي.
پس از شکل گيري نسبيت عام، انحراف نور در کنار اجرام مطالعه شد. پيش تر از آن هم، اين انحراف با استفاده از گرانش نيوتوني محاسبه شده بود. در گرانش نيوتوني مي توان نور را نيز مانند ذره اي جرم دار در نظر گرفت و مسير اين ذره را در کنار جرمي ديگر به دست آورد. مسير نور مانند مسير هر ذره ي جرم داري، هنگام عبور از کنار جرمي ديگر (مانند خورشيد) منحرف مي شود. نسبيت عام، اين انحراف را با رهيافتي ديگر به دست مي دهد (البته مقدار نسبيتي انحراف دو برابر مقدار نيوتوني آن است).
اين پديده ي ساده ي انحراف نور، بعدها در نجوم و کيهان شناسي رصدي، مهم شد. همان طور که مسير نور بر اثر عبور از عدسي منحرف مي شود، هنگام عبور از کنار جرم هم منحرف مي شود. پس مي توانيم از ستاره ها، کهکشان ها و خوشه هاي کهکشاني به عنوان عدسي استفاده کنيم، نام اين نوع عدسي ها را گذاشته اند عدسي گرانشي.
حالا مي توانيم مسايل متنوع اپتيک را در اين جا هم برسي کنيم: بزرگ نمايي تصوير، چند - تصويري، حلقه اي شدن تصوير، سوختيک ها (Caustics) و ... . يعني مي توانيم از خوشه اي کهکشاني، مانند تلسکوپ براي رصد کهکشان هاي دوردست استفاده کنيم. اين عدسي پر جرم مي تواند نور کهکشان هاي کم سو در دوردست را تقويت کند و به اين ترتيب ما آن کهکشان را رصد کنيم. کاري که در شرايط ايده آل، بهتر از تلسکوپ هاي فضايي هم انجام مي شود. يا اين که مي توانيم با استفاده از چند - تصويري شدن يا تغيير شکل تصوير و کماني شدن تصوير، جرم عدسي را محاسبه کنيم. يعني از روشي غير مستقيم، جرم خوشه اي کهکشاني را تخمين بزنيم. امروزه اين روش يکي از روش هاي اندازه گيري جرم خوشه هاي کهکشاني است. چون جرم ماده باعث انحراف نور مي شود (چه ماده ي روشن باشد و چه ماده ي تاريک)، با اندازه گيري آثار همگرايي گرانشي در کهکشان هاي زمينه مي توان تخميني از ميزان و توزيع جرم خوشه ي عدسي به دست آورد.
البته همه ي اين ها در عمل به اين سادگي نيستند. در اين جا هم درست مانند اپتيک هندسي ساده، نياز داريم فاصله ي چشم از ناظر، عدسي از ناظر و عدسي تا چشمه را بدانيم (در هندسه ي غير اقليدسي فاصله ي عدسي تا چشمه لزوماً از روي دو فاصله ي ديگر به دست نمي آيد). همچنين بايد مطمئن شويم که همگرايي رخ داده است. در اين اپتيک کيهاني آنچه ثبت مي کنيم فقط تصويري از آسمان است و بايد با استفاده از شواهدي بدانيم آيا همگرايي رخ داده است يا نه. يعني آثا مثلاً چند تصوير مشابهي که مي بينيم، تصاوير يک چشمه اند يا چند جسم متفاوت اند. نمونه هايي از پديده ي همگرايي گرانشي را در شکل هاي اين مقاله مي بينيد:
شکل 2، چهار تصوير ايجاد شده از اختروش QSO 0305+2237 را نشان مي دهد که پشت کهکشان ZW 030+2237 قرار داد. اين اختروش، هشت ميليارد سال نوري از زمين فاصله دارد در حالي که فاصله ي کهکشان عدسي از ما چهارصد ميليون سال نوري است.
در شکل 3 تغيير شکل کهکشان هاي زمينه توسط خوشه ي عدسي آبل 2218 ديده مي شود.
همگرايي گرانشي بسته به جرم عدسي ها، فاصله ها و موقعيت هاي زاويه اي که دارند، پديده هاي متفاوتي را ايجاد مي کند. اين پديده ها به سه دسته تقسيم مي شوند:
در اين روش خطاهاي آماري بسيار مهم اند. چون بيشتر کهکشان ها به طور ذاتي بيضي شکل اند و چون علامت همگرايي ضعيف گرانشي بسيار کوچک است، خطاي حاصل از شکل ذاتي کهکشان ها و پهن شدگي نور توسط جو و تلسکوپ، بسيار مهم و تأثيرگذار است. روش هاي مختلفي براي کم کردن اين خطاها به وجود آمده اند. و در حال کامل شدن اند. رصدهاي همگرايي ضعيف گرانشي براي تخمين زدن پارامترهاي کيهان شناسي هم به کار مي روند و روشي هستند براي اندازه گيري توزيع جرم در عالم. البته خطاهاي آماري بسيار مهم و دست و پاگيرند.
شکل 4، تصوير دو خوشه ي کهکشاني معروف به خوشه ي گلوله اي را نشان مي دهد که باعث تغيير شکل کهکشان هاي زمينه شده اند. توزيع جرم خوشه ي گلوله اي، با روش همگرايي ضعيف گرانشي به دست آمده است. پربندها، خطوط هم پتانسيل گرانشي را نشان مي دهند.
گستره هاي مختلف همگرايي گرانشي، روش هاي مختلفي را در اختيار کيهان شناسان قرار داده اند تا جرم خوشه هاي کهکشاني، نمايه ي چگالي هاله ي ماده ي تاريک کهکشان ها، توزيع جرم خوشه هاي کهکشاني و پارامترهاي کيهان شناسي (از جمله چگالي ماده در عالم) را بررسي و اندازه گيري کنند.
اين شاخه در کيهان شناسي هنوز نوپاست. همان طور که در بخش همگرايي ضعيف گرانشي توضيح داده شد،رصدهاي دقيق تر در پيشبرد اين شاخه بسيار مهم هستند. اکنون پروژه هاي رصدي بزرگ و متفاوتي براي مطالعه ي عالم با استفاده از عدسي هاي گرانشي در حال طراحي و اجرا هستند. در آينده، تلسکوپ هاي زميني و فضايي به کمک تلسکوپ هاي کيهاني (عدسي هاي گرانشي) تصوير بهتري از عالم به ما خواهند داد.
منبع: نجوم، شماره 191
پس از شکل گيري نسبيت عام، انحراف نور در کنار اجرام مطالعه شد. پيش تر از آن هم، اين انحراف با استفاده از گرانش نيوتوني محاسبه شده بود. در گرانش نيوتوني مي توان نور را نيز مانند ذره اي جرم دار در نظر گرفت و مسير اين ذره را در کنار جرمي ديگر به دست آورد. مسير نور مانند مسير هر ذره ي جرم داري، هنگام عبور از کنار جرمي ديگر (مانند خورشيد) منحرف مي شود. نسبيت عام، اين انحراف را با رهيافتي ديگر به دست مي دهد (البته مقدار نسبيتي انحراف دو برابر مقدار نيوتوني آن است).
اين پديده ي ساده ي انحراف نور، بعدها در نجوم و کيهان شناسي رصدي، مهم شد. همان طور که مسير نور بر اثر عبور از عدسي منحرف مي شود، هنگام عبور از کنار جرم هم منحرف مي شود. پس مي توانيم از ستاره ها، کهکشان ها و خوشه هاي کهکشاني به عنوان عدسي استفاده کنيم، نام اين نوع عدسي ها را گذاشته اند عدسي گرانشي.
حالا مي توانيم مسايل متنوع اپتيک را در اين جا هم برسي کنيم: بزرگ نمايي تصوير، چند - تصويري، حلقه اي شدن تصوير، سوختيک ها (Caustics) و ... . يعني مي توانيم از خوشه اي کهکشاني، مانند تلسکوپ براي رصد کهکشان هاي دوردست استفاده کنيم. اين عدسي پر جرم مي تواند نور کهکشان هاي کم سو در دوردست را تقويت کند و به اين ترتيب ما آن کهکشان را رصد کنيم. کاري که در شرايط ايده آل، بهتر از تلسکوپ هاي فضايي هم انجام مي شود. يا اين که مي توانيم با استفاده از چند - تصويري شدن يا تغيير شکل تصوير و کماني شدن تصوير، جرم عدسي را محاسبه کنيم. يعني از روشي غير مستقيم، جرم خوشه اي کهکشاني را تخمين بزنيم. امروزه اين روش يکي از روش هاي اندازه گيري جرم خوشه هاي کهکشاني است. چون جرم ماده باعث انحراف نور مي شود (چه ماده ي روشن باشد و چه ماده ي تاريک)، با اندازه گيري آثار همگرايي گرانشي در کهکشان هاي زمينه مي توان تخميني از ميزان و توزيع جرم خوشه ي عدسي به دست آورد.
البته همه ي اين ها در عمل به اين سادگي نيستند. در اين جا هم درست مانند اپتيک هندسي ساده، نياز داريم فاصله ي چشم از ناظر، عدسي از ناظر و عدسي تا چشمه را بدانيم (در هندسه ي غير اقليدسي فاصله ي عدسي تا چشمه لزوماً از روي دو فاصله ي ديگر به دست نمي آيد). همچنين بايد مطمئن شويم که همگرايي رخ داده است. در اين اپتيک کيهاني آنچه ثبت مي کنيم فقط تصويري از آسمان است و بايد با استفاده از شواهدي بدانيم آيا همگرايي رخ داده است يا نه. يعني آثا مثلاً چند تصوير مشابهي که مي بينيم، تصاوير يک چشمه اند يا چند جسم متفاوت اند. نمونه هايي از پديده ي همگرايي گرانشي را در شکل هاي اين مقاله مي بينيد:
شکل 2، چهار تصوير ايجاد شده از اختروش QSO 0305+2237 را نشان مي دهد که پشت کهکشان ZW 030+2237 قرار داد. اين اختروش، هشت ميليارد سال نوري از زمين فاصله دارد در حالي که فاصله ي کهکشان عدسي از ما چهارصد ميليون سال نوري است.
در شکل 3 تغيير شکل کهکشان هاي زمينه توسط خوشه ي عدسي آبل 2218 ديده مي شود.
همگرايي گرانشي بسته به جرم عدسي ها، فاصله ها و موقعيت هاي زاويه اي که دارند، پديده هاي متفاوتي را ايجاد مي کند. اين پديده ها به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- ريزهمگرايي گرانشي:
2- همگرايي قوي گرانشي:
3- همگرايي ضعيف گرانشي:
در اين روش خطاهاي آماري بسيار مهم اند. چون بيشتر کهکشان ها به طور ذاتي بيضي شکل اند و چون علامت همگرايي ضعيف گرانشي بسيار کوچک است، خطاي حاصل از شکل ذاتي کهکشان ها و پهن شدگي نور توسط جو و تلسکوپ، بسيار مهم و تأثيرگذار است. روش هاي مختلفي براي کم کردن اين خطاها به وجود آمده اند. و در حال کامل شدن اند. رصدهاي همگرايي ضعيف گرانشي براي تخمين زدن پارامترهاي کيهان شناسي هم به کار مي روند و روشي هستند براي اندازه گيري توزيع جرم در عالم. البته خطاهاي آماري بسيار مهم و دست و پاگيرند.
شکل 4، تصوير دو خوشه ي کهکشاني معروف به خوشه ي گلوله اي را نشان مي دهد که باعث تغيير شکل کهکشان هاي زمينه شده اند. توزيع جرم خوشه ي گلوله اي، با روش همگرايي ضعيف گرانشي به دست آمده است. پربندها، خطوط هم پتانسيل گرانشي را نشان مي دهند.
گستره هاي مختلف همگرايي گرانشي، روش هاي مختلفي را در اختيار کيهان شناسان قرار داده اند تا جرم خوشه هاي کهکشاني، نمايه ي چگالي هاله ي ماده ي تاريک کهکشان ها، توزيع جرم خوشه هاي کهکشاني و پارامترهاي کيهان شناسي (از جمله چگالي ماده در عالم) را بررسي و اندازه گيري کنند.
اين شاخه در کيهان شناسي هنوز نوپاست. همان طور که در بخش همگرايي ضعيف گرانشي توضيح داده شد،رصدهاي دقيق تر در پيشبرد اين شاخه بسيار مهم هستند. اکنون پروژه هاي رصدي بزرگ و متفاوتي براي مطالعه ي عالم با استفاده از عدسي هاي گرانشي در حال طراحي و اجرا هستند. در آينده، تلسکوپ هاي زميني و فضايي به کمک تلسکوپ هاي کيهاني (عدسي هاي گرانشي) تصوير بهتري از عالم به ما خواهند داد.
منبع: نجوم، شماره 191
