راز کهکشان‌های پیچ‌خورده در عکس‌های تلسکوپ فضایی «جیمز وب» + تصویر

به گزارش اسپیس، «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) در ژوئیه ۲۰۲۲، نخستین عکس خود را ارائه کرد. این عکس، هزاران کهکشان را نشان می‌داد که بسیاری از آنها در اوایل عمر کیهان دیده شده بودند. چیزی که بسیاری از مردم انتظارش را نداشتند این بود که برخی از این کهکشان‌ها چقدر تاب‌برداشته و پیچ‌خورده به نظر می‌رسند.

این کهکشان‌ها که به شکلات ذوب‌شده شباهت دارند، نمایان‌گر این نیستند که این اجرام در فضا چگونه به نظر می‌رسند. این یک توهم در تصاویر جیمز وب است. یکی دیگر از جنبه‌های شگفت‌انگیز عکس‌های جیمز وب، مانند عکسی که از خوشه کهکشانی بزرگ «RX J۲۱۲۹» گرفته شده، این است که چندین کهکشان در چندین نقطه یک عکس ظاهر می‌شوند. باز هم این یک توهم است. این کهکشان‌ها در واقع همزادهای دقیقی ندارند.

چنین چیزی چه طور ممکن است؟ این دو جنبه متمایز از عکس‌های جیمز وب، نتیجه همان پدیده‌ای هستند که «همگرایی گرانشی»(Gravitational lens) نامیده می‌شود. این پدیده که نخستین بار بیش از ۱۰۰ سال پیش توسط «آلبرت اینشتین»(Albert Einstein) پیش‌بینی شد، به پدیده مهمی برای ستاره‌شناسان تبدیل شده است. این کهکشان‌های منحرف‌شده و تکراری، همگی نمونه‌هایی از اجرام دارای همگرایی گرانشی هستند.

همگرایی گرانشی چیست؟

همگرایی گرانشی، پدیده‌ای است که در نظریه «نسبیت عام» اینشتین پیش‌بینی شده است و نشان می‌دهد گرانش از اثری پدید می‌آید که اجرام بر تار و پود فضا و زمان می‌گذارند و آنها را به عنوان یک موجود واحد به نام فضا-زمان متحد می‌کنند.

به یک ورقه لاستیکی کشیده فکر کنید که توپ‌هایی با جرم‌های گوناگون روی آن قرار گرفته‌اند. هرچه جرم توپ بیشتر باشد، ورقه لاستیکی بیشتر تاب برمی‌دارد. همین امر در مورد اجرام دارای جرم زیاد که در تار و پود فضا-زمان نشسته‌اند نیز صدق می‌کند. هرچه جرم بیشتر باشد، فضا-زمان بیشتر تاب برمی‌دارد و اجرامی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی باعث تاب خوردن شدید فضا-زمان می‌شوند. این اثر زمانی بسیار جالب می‌شود که نور یک جرم پس‌زمینه مانند ستاره یا کهکشان، از این پیچ و تاب عبور کند.

نور در خطوط مستقیم حرکت می‌کند. تاب برداشتن فضا بر حسب جرم باعث می‌شود که نور منتشرشده از یک منبع دور، خمیده شود. در نتیجه، هنگامی که نور به زمین می‌رسد، باعث می‌شود که جرم پس‌زمینه در مکان دیگری از آسمان به نظر برسد.

در موارد تاب برداشتن شدید، زمانی که جرم بین زمین و منبع پس‌زمینه بزرگ است، نور مسیرهای متفاوتی را در اطراف جرم طی می‌کند که همگی در درجات گوناگونی خم می‌شوند. این امر، طول مسیری را که نور طی می‌کند تا به ما برسد، در درجات گوناگونی تغییر می‌دهد و زمان رسیدن آن را عوض می‌کند. این بدان معناست که یک جرم دارای همگرایی می‌تواند در چندین نقطه از یک نوردهی ظاهر شود. این امر می‌تواند شکل‌های جالبی مانند صلیب یا یک حلقه نورانی به نام «حلقه اینشتین»(Einstein ring) را ایجاد کند که همه از تکرار یک جرم تشکیل شده‌اند.

به گفته آژانس فضایی اروپا، خوشه‌های کهکشانی، شکلی به هم ریخته دارند و توده‌ها فاقد توزیع مرکزی هستند. بنابراین، وقتی به عنوان اجرام میانی عمل می‌کنند، همگرایی کامل نیست. همان طور که در عکس میدان عمیق جیمز وب می‌بینیم، این امر باعث می‌شود که جرم پس‌زمینه مانند یک کمان در اطراف خوشه کهکشانی منحرف‌شده به نظر برسد.

در هر حال، این اجرام فراتر از کنجکاوی‌های بصری هستند. همگرایی گرانشی می‌تواند از راه‌های بسیاری برای ستاره‌شناسان سودمند باشد.

همگرایی گرانشی فقط نور یک جرم پس‌زمینه را منحرف نمی‌کند، بلکه در واقع می‌تواند این نور را تقویت کند. در نتیجه، نور بسیار ضعیف اجرام بسیار دور مانند کهکشان‌های اولیه تقویت می‌شود. به همین دلیل، همگرایی گرانشی برای بررسی جهان اولیه توسط جیمز وب حیاتی است.

به گفته ناسا، الگوهایی که اجرام دارای همگرایی ایجاد می‌کنند، با عبور نور از آنها می‌تواند اطلاعات بسیاری را در مورد اجرام آشکار کند. برای مثال، همگرایی گرانشی می‌تواند چگونگی توزیع ماده را در خوشه‌های کهکشانی و کهکشان‌ها آشکار کند.