عدسی گرانشی: تفاوت بین نسخه‌ها

از ویکی نجوم
پرش به: ناوبری، جستجو
(منبع)
(منبع)
سطر ۱۴۶: سطر ۱۴۶:
 
سایت باشگاه نجوم تهران
 
سایت باشگاه نجوم تهران
  
[[رده:اختر فیزیک]]
+
[[رده:اخترفیزیک]]

نسخهٔ ‏۱۷ اوت ۲۰۱۲، ساعت ۱۴:۵۴

چهار تصوير ايجاد شده از اختروش QSO 0305+2237 را نشان مي دهد که پشت کهکشان ZW 030+2237 قرار داد. اين اختروش، هشت ميلياردسال نوري از زمين فاصله دارد در حالي که فاصله ي کهکشان عدسي از ما چهارصد ميليون سال نوري است.

همان طور که مسير نور بر اثر عبور ازعدسی 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 گيرينسبيت 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 نيوتونی مي توان نور را نيز مانند ذره ای جرم دار در نظر گرفت و مسير اين ذره را در کنار جرمی ديگر به دست آورد. مسير نور مانند مسير هر ذره ي جرم داري، هنگام عبور از کنار جرمی ديگر (مانند خورشيد) منحرف مي شود. نسبيت عام، اين انحراف را با رهيافتی ديگر به دست مي دهد (البته مقدار نسبيتی انحراف دو برابر مقدار نيوتونی آن است).


نخستين بار، اخترفيزيکدانی انگليسي به نامادينگتون اين انحراف نور را اندازه گيری کرد.

اودرخورشيدگرفتگي سال 1919،1298 هنگام گرفت کامل و تاريک شدن خورشيد، تصويرهايي ازستاره های زمينه و پيرامون خورشيد گرفت. به اين ترتيب مکان ستاره هاي پيرامون خورشيد را نسبت به ستاره هاي ديگر آسمان به دست آورد. نسبيت عام پيش بيني مي کند که نور ستاره بر اثر عبور از کنار خورشيد منحرف مي شود و اين باعث جابه جايي مکان تصوير ستاره در آسمان خواهد بود. او براي به دست آوردن اين انحراف، چند ماه بعد، زماني که فاصله ي زاويه اي خورشيد با آن ستاره زياد بود بار ديگر تصويري از آن ناحيه از آسمان گرفت. با مقايسه ي اين دو تصوير، ميزان جابه جايي ستاره ها را به دست آورد و اين مقدار، به تقريب، همان مقدار پيش بيني شده در نسبيت عام بود.

اين پديده ی ساده ی انحراف نور، بعدها در نجوم و کيهان شناسی رصدی، مهم شد.

نحوه عمل اجرام سنگین وزن به عنوان عدسی حلقهانیشتین














چگونگی کار با عدسی های گرانشی

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 کهکشانی، مانند تلسکوپ براي رصد کهکشان هاي دوردست استفاده کنيم. اين عدسی 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 فضايی هم انجام می 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 های کهکشانی است. چون جرم ماده باعث انحراف نور مي شود (چه ماده ي روشن باشد و چه ماده ی تاريک)، با اندازه گيری آثار همگرايي گرانشی در کهکشان های زمينه می توان تخمينی از ميزان و توزيع جرم خوشه ي عدسي به دست آورد.

156542.JPG

البته همه ی اين ها در عمل به اين سادگی نيستند. در اين جا هم درست مانند اپتيک هندسی ساده، نياز داريم فاصله ی چشم از ناظر، عدسي از ناظر و عدسی 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 مشابهی که مي بينيم، تصاوير يک چشمه اند يا چند جسم متفاوت اند. نمونه هايي از پديده ي همگرايي گرانشي را در تصویر بالا میبینید .


شکل ، تصاويری از حلقه ها موسوم به حلقه اينشتين را نشان مي دهد. زماني که چشمه، عدسي و ناظر در يک راستا باشند، تصوير همگرا شده اي که ناظر از چشمه مي بيند، حلقه اي به دورعدسي است. جسم پرنور در مرکز هر تصوير، عدسی است و حلقه ي دور آن، تصوير کهکشان زمينه است. نخستين حلقه ي اينشتين در سال 1998/1377 در همکاري بين دانشگاه منچستر و تلسکوپ فضايی هابل کشف شد.

انواع همگرایی گرانشی

همگرايي گرانشي بسته به جرم عدسي ها، فاصله ها و موقعيت هاي زاويه ای که دارند، پديده های متفاوتی را ايجاد مي کند. اين پديده ها به سه دسته تقسيم مي شوند:

1. ريزهمگرايي گرانشی

2.همگرايي قوي گرانشی

3.همگرايي ضعيف گرانشی


ریز همگرايي گرانشی

خمیدگی نور چشمه‌ای دوردست به دور جسمی پرجرم. پیکان نارنجی نشان‌دهند مکان ظاهری چشمه است. پیکان سفید مسیر نور را از مکان واقعی چشمه نشان می‌دهد.

در اين پديده ی همگرايی گرانشی، تغيير شکل جرم زمينه يا چند - تصويري ديده نمی شود. آنچه رصد مي شود تقويت نور چشمه است. يعني مثلاً عدسي اي (ستاره اي) از جلوي چشمه ای (ستاره ای ديگر) عبور مي کند و هنگام عبور، نور ستاره ي زمينه را همگرا می کند و از آن ستاره دو يا چند تصوير ايجاد مي کند. به دليل فاصله ي بسيار کم دو تصوير، ناظر نمي تواند اين تصاوير را از هم تفکيک کند و در عوض آنچه مشاهده مي کند، تقويت نور چشمه است. اين پديده در دو گستره مشاهده شده است:


1- چشمه و عدسی دو ستاره در کهکشان ما يا در همسايگان نزديک ما ([[ابرماژلانی بزرگ]] و کوچک) هستند. از اين روش براي مشاهده غير مستقيم کوتوله های قهوه ای وماده تاريک فشرده درون کهکشان استفاده مي شود


2- نور رسيده از اختروش دور دست بر اثر عبور از درون يککهکشان، توسط ستاره هاي آن کهکشان همگرا می شود و افت و خيزهايی در تصويرهای اختروش (که خود اين تصويرها بر اثر همگرايی گرانشی ايجاد شده اند) ديده مي شود.



همگرايی قوی گرانشی

در اين پديده، تغيير شکل چشمه به خوبی قابل مشاهده است. يا اين که چند تصوير از چشمه ديده مي شود. حلقه اينشتين، تصويرهاي چندگانه اختروش ها و کمان هاي بزرگ مثال هايی از اين پديده اند .

همگرايی ضعيف گرانشی

در پديده های همگرايی ضعيف گرانشی، تغيير شکل در چشمه های زمينه بسيار کوچک است و به شکل کمان های بزرگ و حلقه اينشتين قابل مشاهده نيست. در نتيجه، فقط مي توان با تحليل کردن تعداد زيادی چشمه و اندازه گيری تغيير شکل آن ها، علامتي از همگرايی گرانشی دريافت کرد . اگر در ناحيه اي از کهکشان های زمينه به طور متوسط تغيير شکلي در کهکشان ها ديده شود علامتي از همگرايي ضعيف گرانشي است. از اين روش براي بررسي توزيع جرم عدسی استفاده مي شود. در اين روش خطاهای آماری بسيار مهم اند. چون بيشترکهکشان ها به طور ذاتی بيضي شکل اند و چون علامت همگرايی ضعيف گرانشی بسيار کوچک است، خطای حاصل از شکل ذاتی کهکشان ها و پهن شدگی 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 گرانشی براي تخمين زدن پارامترهای کيهان شناسی هم به کار مي روند و روشي هستند برای اندازه گيري توزيع جرم در عالم. البته خطاهای آماری بسيار مهم و دست و پاگيرند.

شکل 4، تصوير دو خوشه کهکشانی معروف به خوشه گلوله ای را نشان مي دهد که باعث تغيير شکل کهکشان های زمينه شده اند. توزيع جرم خوشه گلوله ای، با روش همگرایی ضعيف گرانشی به دست آمده است. پربندها، خطوط هم پتانسيل گرانشی را نشان مي دهند.

گستره هاي مختلف همگرايي گرانشی، روش هاي مختلفی را در اختيار کيهان شناسان قرار داده اند تا جرم خوشه های کهکشاني، نمايه ي چگالي هالهی ماده تاريک کهکشان ها، توزيع جرم خوشه هاي کهکشانی و پارامترهای کيهان شناسی (از جمله چگالی ماده در عالم) را بررسي و اندازه گيری کنند. اين شاخه در کيهان شناسي هنوز نوپاست. همان طور که در بخش همگرای ضعيف گرانشی توضيح داده شد،رصدهاي دقيق تر در پيشبرد اين شاخه بسيار مهم هستند. اکنون پروژه هاي رصدي بزرگ و متفاوتی برای مطالعه عالم با استفاده از عدسي های گرانشی در حال طراحی و اجرا هستند. در آينده، تلسکوپ هاي زمينی و فضايي به کمک تلسکوپ های کيهانی (عدسی های گرانشی) تصوير بهتری از عالم به ما خواهند داد.










حلقه انیشتین

طبقنظريه نسبيت انيشتين نور در نزديكي يك ميدان گرانشی از مسير خود كه يك خط مستقيم است منحرف می شود.حال ما مي خواهيم اين نظريه را در مورد ستارگان بررسي كنيم.ابتدا يك ستاره را در نظر مي گيريم كه چندين سال نوری از ما فاصله دارد.اگر در بين راه اين ستاره هيچ جرمی وجود نداشته باشد،ستاره دقيقا در محل واقعی خود در آسمان قرار خواهد داشت.اما بعضي ستارگان جلوي ديگر ستارگان قرار دارند و مانع از اين مي شود كه نور ستاره پشتی به ما برسد.اما ما مي توانيم وجود ستاره ای را در پشت آن تشخيص دهيم.دليل آن این است كه نور رسيده از ستاره a كه در پشت ستاره β قرار دارد قبل از رسيدن به ما توسط ميدان گرانشی ستارهβ انحنا پيدا مي كند و از مسير مستقيم خود كه يك خط صاف است، منحرف مي شود.به اين ترتيب ما مي توانيم ستاره ای كه در پشت ستاره ای ديگر قرار دارد را مشاهده كنيم،فقط با اين تفاوت كه آن ستاره را در محل اصیي خودش در عالم نمي بينيم!در ضمن در اين مثال به ستاره β " لنز"گفته مي شود.



28E image003.jpg







ارتباط عدسیهای گرانشی با ماده تاریک

مشاهدات نشان میدادند که میزان خمیدگی نور در گذر از کنار یک خوشه کهکشانی حکایت از وجود جرمی بسیار بیشتر از کل جرم قابل رویت و محاسبه شده درکهکشان داشت! به بیان ساده تر میزان خمیدگی نور بسیار بیشتر از آن بود که انتظار می رفت، بنابراین دانشمندان به این نتیجه رسیدند که باید مقدار قابل توجهی از جرم کهکشان ها از نظر پنهان مانده باشد. این معما که به " مسئله جرم گم شده در کائنات" مشهور شد سرانجام به اثبات حقیقت وجود ماده و انرژی تاریک جهان انجامید، حقیقتی درخشان که از وجود تاریک ترین ماده جهان حکایت می کرد. هرچند که وجود ماده و انرژی تاریک در جهان به اثبات رسیده است اما ماهیت و منشآ وجود آن همچنان گوشه ای از تاریکی های ذهن انسان را به خود اختصاص داده است.

منبع

مجله نجوم، شماره 191

دانشنامه ستاره شناسی

em.wikipedia

سایت نجوم ایران

سایت باشگاه نجوم تهران