تُظهر لقطة تلسكوب هابل الفضائي هذه ثلاث صور مكبرة لمجرات بعيدة مدمجة في المجرات. تتكون هذه الصور من خدعة الطبيعة التي تسمى عدسة الجاذبية. تعمل الجاذبية الهائلة للمجرة على تضخيم وتشويه الضوء القادم من المجرة البعيدة خلفها ، مما ينتج عنه العديد من الصور. المجرة المدرجة باسم SDSS J223010.47-081017.8 تبعد 7 مليارات سنة ضوئية عن الأرض. لاحظ هابل المجرات ذات العدسات بسبب جاذبيتها. ومع ذلك ، فإن الصور الموجودة في لقطة هابل هذه فريدة من نوعها. يتم عرض الصورتين المكبرتين في السحب الموجود أسفل اليمين ، وهما نسخان طبق الأصل من بعضهما البعض. ألمع شكلين بيضاويين هما مراكز المجرة. تحدث هذه الظاهرة النادرة لأن المجرة الخلفية تموج تموجًا عبر نسيج الفضاء. هذا “التموج” هو جزء من تضخيم كبير جدًا ناتج عن جاذبية مادة مظلمة كثيفة ، وهي المادة اللاصقة غير المرئية التي تشكل معظم الكون. عندما يمر الضوء من مجرة بعيدة عبر هذا التموج ، تُرى صورتان مرآتان وصورة ثالثة بشكل جانبي. يتم عرض صورة مقربة للصورة الثالثة في السحب في أعلى اليمين. تشبه هذه الصورة مجرة بعيدة تقع على بعد 11 مليار سنة ضوئية. بناءً على إعادة بناء الصورة ، قرر الباحثون أن المجرة البعيدة ظهرت على حافة واحدة. يدعى عالم الفلك الذي اكتشف الأشكال الزجاجية “جسم هاملتون”. الائتمان: جوزيف ديباسكوال (STScI)
إن رؤية الكون يشبه النظر في مرآة بيت المرح. وذلك لأن الجاذبية تثني نسيج الفضاء ، مما يخلق أوهامًا بصرية.
يمر العديد من هذه الأوهام البصرية عبر مجرة أو مجرة كبيرة أمامها حيث يتضخم ضوء مجرة بعيدة ويمتد ويضيء. هذه الظاهرة ، التي تسمى عدسات الجاذبية ، تنتج صورًا متعددة وطويلة وساطعة لمجرة الخلفية.
تسمح هذه الظاهرة لعلماء الفلك بدراسة المجرات التي لا تستطيع رؤية أي شيء سوى تأثيرات عدسة الجاذبية. التحدي هو محاولة إعادة بناء المجرات البعيدة من الأشكال الغريبة التي تنتجها العدسات.
لكن علماء الفلك يستخدمونه تلسكوب هابل الفضائي تعثرت النوى المتوهجة للمجرات النشطة في مثل هذا الشكل الغريب عند تحليل الكوازارات. لقد رأوا جسمين خطيين ساطعين يشبهان صورًا معكوسة لبعضهما البعض. كان جسم غريب آخر في مكان قريب.
لقد سحرت هذه الميزات علماء الفلك كثيرًا لدرجة أن الأمر استغرق سنوات عديدة لكشف الغموض. بمساعدة اثنين من خبراء عدسات الجاذبية ، قرر الباحثون أن الأجسام الثلاثة كانت صورًا مشوهة لمجرات بعيدة لم يتم اكتشافها. لكن المفاجأة الأكبر هي أن الأجسام الخطية نادرة الحدوث بسبب المحاذاة الدقيقة لبعضها البعض ، والمحاذاة الدقيقة لمجرة الخلفية ومجموعة العدسة الأمامية.
الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد تظهر تلسكوب هابل الفضائي فوق الأرض. الائتمان: ESA / Hubble (M. Kornmesser & LL Christtensen)
لقد رأى علماء الفلك بعض الأشياء المختلفة جدًا في كوننا الواسع ، من النجوم المتفجرة إلى تصادم المجرات. لذلك ، عندما يرون جسمًا سماويًا غريبًا ، تعتقد أنهم يستطيعون التعرف عليه.
لكن ناسااكتشف تلسكوب هابل الفضائي زوجًا من الأجسام المتماثلة التي بدت مختلفة تمامًا لدرجة أن علماء الفلك استغرقوا سنوات عديدة لتحديد ما كانت عليه.
قال تيموثي هاميلتون ، عالم الفلك في جامعة شوني ستيت في بورتسموث ، أوهايو ، “لقد تعثرنا كثيرًا.
الأجسام الغريبة هي زوج من نتوءات المجرة (النجم المركزي المملوء بالمجرة) وثلاثة خطوط فاصلة متوازية على الأقل. أنشأ هاميلتون مجموعة من الكوازارات ووجدها بالصدفة أثناء استخدام هابل لدراسة اللب المحترق للمجرات النشطة.
بعد مطاردة نظريات الطريق المسدود وطلب المساعدة من الزملاء وحك رؤوسهم ، قام فريق متنام بقيادة ريتشارد غريفيثس من جامعة هاواي في هاميلتون وهيلو أخيرًا بتجميع كل القرائن لحل اللغز.
الأجسام الخطية عبارة عن صور مستطيلة لمجرات بعيدة معاكسة بالجاذبية ، وتقع على بعد 11 مليار سنة ضوئية. أيضا ، بدوا وكأنهم صور مرآة لبعضهم البعض.
يؤدي سحب الجاذبية الهائل للعناقيد الأمامية من المجرات الوسيطة وغير المسماة إلى تكبير ، وتوسع ، وإشراق ، وجذب صورة المجرات البعيدة خلفها ، والتي تسمى عدسة الجاذبية. على الرغم من أن دراسات هابل كشفت عن الكثير من شظايا زجاج بيت المرح هذه الناتجة عن عدسات الجاذبية ، كانت المادة مربكة بشكل فريد.
في هذه الحالة ، فإن المحاذاة الدقيقة بين مجرة في الخلفية ومجرة أمامية تخلق نسخًا مكبرة مزدوجة من نفس الصورة للمجرة البعيدة. تحدث هذه الظاهرة النادرة بسبب موجات تموج عبر نسيج المجرة الخلفية. هذا “التموج” هو جزء من تضخم كبير جدًا ناتج عن الجاذبية لمادة مظلمة كثيفة ، وهي المادة اللاصقة غير المرئية التي تشكل معظم الكون. عندما يمر الضوء من المجرة البعيدة عبر هذا التموج عبر العنقود ، تُرى صورتان مرآبتان وصورة ثالثة بشكل جانبي.
يشبه Griffiths هذا التأثير بالأنماط المتموجة الساطعة الموجودة في قاع حوض السباحة. وأوضح قائلاً: “في يوم مشمس ، فكر في السطح المموج لحمام السباحة وأظهر أنماط الضوء الساطع في قاع حوض السباحة”. “هذه الأنماط الساطعة أدناه ناتجة عن تأثير مشابه لعدسات الجاذبية. تعمل التموجات على السطح مثل العدسات الجزئية وتركز ضوء الشمس على أنماط التنقل الساطعة أدناه.
في مجرة بعيدة ذات عدسات جاذبية ، يضخم الضوء المار عبر العنقود التموجي ويشوه الضوء القادم من المجرة. يعمل التموج كزجاج منحني غير كامل ينتج عنه نسخ مكررة.
حل اللغز
لكن هذه الظاهرة النادرة لم تكن معروفة جيدًا عندما رأى هاميلتون سمات خطية غريبة في عام 2013.
عندما نظر إلى صور الكوازار ، برزت الصور المنعكسة ولقطات الخطوط المتوازية. لم ير هاميلتون شيئًا كهذا من قبل ، ولم ير أيًا من أعضاء الفريق الآخرين.
قال هاميلتون: “انطباعي الأول أنهم يتفاعلون مع المجرات بأيدٍ ممدودة أنيقة”. “إنه لا يتناسب تمامًا ، لكنني لا أعرف ما الذي أفكر فيه أيضًا.”
لذلك شرع هاميلتون وفريقه في سعيهم لحل لغز هذه الخطوط المستقيمة المربكة ، والتي سُميت فيما بعد باسم مخترع هاملتون. أظهروا صورة غريبة للزملاء في مؤتمرات الفضاء ، والتي كشفت عن مجموعة متنوعة من الاستجابات تتراوح من الأوتار الكونية إلى السدم الكوكبية.
لكن غريفيث ، الذي لم يكن عضوًا في الفريق الأصلي ، قدم تفسيرًا أكثر مصداقية عندما عُرضت عليه صورة هاميلتون في اجتماع ناسا في عام 2015. هذه صورة مكبرة ومشوهة ناتجة عن ظاهرة عدسية مشابهة لتلك التي شوهدت على هابل. صور لمجرات ضخمة أخرى تقوم بتكبير صور المجرات البعيدة الكبيرة جدًا. أكد غريفيث الفكرة عندما علم بجسم خطي مشابه في أحد المسوحات العنقودية المتعمقة التي أجراها هابل.
ومع ذلك ، لا يزال الباحثون يواجهون مشكلة. لم يتمكنوا من تحديد كتلة العدسة. عادة ، ينظر علماء الفلك الذين يدرسون المجرات أولاً إلى الكتلة الأمامية التي تسببت في العدسة ، ثم يجدون صورًا للمجرات البعيدة داخل الكتلة. أظهر البحث في صور Sloan Digital Sky Survey أن مجموعة مجرات تسكن نفس المنطقة مثل الصور المكبرة ، لكنها لم تظهر في أي من الاستطلاعات المدرجة. ومع ذلك ، فإن حقيقة أن الصور اللامتراكزة تقع في مركز مجموعة أوضحت لجريفيث أن العدسات العنقودية تخلق الصور.
كانت المرحلة التالية من الباحثين هي تحديد ما إذا كانت صور العدسة الثلاث على نفس المسافة ، لذلك كانت جميعها صورًا مشوهة لنفس المجرة البعيدة. ساعدت القياسات الطيفية مع مختبرات Gemini و WM Keck في هاواي الباحثين على تأكيد هذا التأكيد ، حيث أظهرت أن الصور بعدسة أتت من مجرة على بعد 11 مليار سنة ضوئية.
تظهر المجرة البعيدة ، استنادًا إلى إعادة بناء صورة العدسة الثالثة ، على شكل حلزوني مسدود مع تشكيل نجمي متواصل خرقاء عند إحدى الحواف.
كانت الملاحظات الطيفية لجريفيث والطلاب الجامعيين في هيلو تقريبية ، وقام فريق بحث منفصل في شيكاغو بتحديد الكتلة وقياس مسافتها باستخدام بيانات سلون. يعيش العنقود على بعد 7 مليارات سنة ضوئية.
ولكن مع القليل من المعلومات حول العنقود ، كان فريق Griffiths لا يزال يكافح لمعرفة كيفية تفسير أنماط العدسة غير العادية هذه. أوضح غريفيث: “تختلف عدسة الجاذبية هذه كثيرًا عن معظم العدسات التي قرأها هابل من قبل ، خاصة في مجموعة مسح حقول هابل الحدودية”. “لا يتعين علينا التحديق في تلك المجموعات لفترة طويلة للعثور على عدسات متعددة. وبهذا المعنى ، هذه هي العدسة الوحيدة التي لدينا. لم نكن نعرف حتى عن الكتلة في البداية.
رسم خريطة غير المرئي
في ذلك الوقت ، أصبح جريفيث خبيرًا في نظرية عدسات الجاذبية ، جيني واجنر من جامعة هايدلبرغ في ألمانيا. درس واغنر مواضيع مماثلة ، الآن مع زميله نيكولاس ديسور في جامعة مانشستر في المملكة المتحدة ، لتطوير برامج كمبيوتر تشرح مثل هذه العدسات الفريدة. ساعدت البرامج الثلاثة فريق البرامج الخاص بهم على اكتشاف كيفية ظهور الصور. قرروا أن المادة المظلمة المحيطة بالصور الممتدة يجب أن توزع “بالتساوي” في مساحات صغيرة.
قال فاغنر: “من الجيد جدًا أننا نحتاج فقط إلى صورتين زجاجيتين للحصول على مقياس لمدى حدة أو تعتيم الجسم عند هذه المستويات”. “هنا ، لا نستخدم أي نماذج للعدسات. يمكننا أخذ عدة مشاهدات للصور ومبادلتها مع بعضها البعض. من خلال طريقتنا ، يمكن طيها معًا. وهذا يمنحنا بالفعل فكرة عن مدى سلاسة الكائن المظلم في كلا من هذه المواقف.
قال غريفيث إن هذا الاستنتاج مهم لأن علماء الفلك ما زالوا لا يعرفون ماهية المادة المظلمة ، بعد قرن تقريبًا من اكتشافها. “نحن نعلم أنه نوع من الأشياء ، لكننا لا نعرف ما هو هذا الجسيم ، لذلك لا نعرف كيف يتصرف. نحن نعلم أنه يحتوي على كتلة ويخضع للجاذبية. يعطينا أدلة ، وكلما كانت المادة المظلمة أصغر ، يجب أن تكون الجسيمات أكبر.
تأتي ورقة الفريق في عدد سبتمبر الإعلانات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
ملحوظة: “جسم هاميلتون – مجرة خرقاء تعمل على قمع الجاذبية لعنقود مجري الإعلانات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
DOI: 10.1093 / mnras / stab 1375
تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية). يدير التلسكوب مركز جودارد للطيران الفضائي التابع لناسا في الحزام الأخضر بولاية ماريلاند. يجري هابل عمليات علمية في معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) في بالتيمور بولاية ماريلاند. يتم تشغيل STScI لصالح وكالة ناسا من قبل اتحاد جامعات الأبحاث الفلكية في واشنطن العاصمة.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”