العدسة الجاذبية

كيف تحني الكتلة الضوء إلى حلقات وصلبان وأقواس، وتتيح لنا وزن ما لا نراه

خطوة بخطوة

الكتلة تحني الضوء

عند الشمس الانحناء ضئيل. أما لمجرة كاملة أو عنقود مجرات فهو كبير بما يكفي ليُرى: الكتلة تعمل كعدسة غير منتظمة، وضوء شيء بعيد جدًا خلفها قد يصل إلينا من أكثر من اتجاه. هنا النقطة المظلمة هي العدسة (مرسومة)، والمجرة خلفها تُرى مرتين.

الاصطفاف

حين تنزلق المجرة الخلفية إلى خط واحد مع العدسة، تدور صورتاها حول العدسة وتستطيلان وتزدادان سطوعًا، ثم تلتحمان في حلقة.

تقول معادلة العدسة من أين يبدو أن الضوء يأتي. حين يكون المصدر بعيدًا قليلًا عن الخط تكون هناك صورتان، واحدة على كل جانب من العدسة، قوس طويل في الجانب البعيد وقوس قصير قريب. وكلما اقترب الاصطفاف استطالت الصور وازدادت سطوعًا.

عند الاصطفاف التام تصير الصورتان دائرة كاملة، هي حلقة أينشتاين. ونصف قطرها، نصف قطر أينشتاين، ينمو مع الجذر التربيعي لكتلة العدسة. يمكنك التجربة: سحب الصورة يدفع المجرة الخلفية عبر العدسة، وتتبعها الصور.

صليب أينشتاين

تزداد كل صورة سطوعًا وتخفت وحدها، لأن نجومًا منفردة في المجرة العدسية تمر أمامها فتعدّسها من جديد. ويستخدم الفلكيون هذا الوميض لدراسة قرص الكوازار، منطقة عرضها أيام ضوئية فقط ولا يمكن لأي تلسكوب رؤيتها مباشرة.

وزن المادة المظلمة

درسه فريق كلو عام 2006. التوهج الوردي هو الغاز الساخن، المرئي بالأشعة السينية، الذي يحوي معظم المادة العادية؛ والأزرق هو الكتلة التي تجدها العدسة. كلاهما مرسوم هنا حيث قيس: الكتلة ليست حيث الغاز.

يتباطأ الغاز بالتصادم، كما تتباطأ سحابتا دخان. أما الكتلة فواصلت الحركة مع المجرات، كأنها شيء يمر عبر نفسه. وهذا من أفضل الأدلة على أن معظم المادة مظلمة وتكاد لا تتفاعل، ومن الصعب تفسيره بتغيير الجاذبية وحدها.

نجم يُرى عبر الزمن

في عام 2022 وجد فريق ويلش إيرنديل في قوس، قوس شروق الشمس، يمدّه عنقود من مجرة ذات انزياح أحمر 6.2. وعلى الخط تمامًا حيث العدسة أقوى ما تكون يبلغ التكبير مئات أو آلاف المرات، وهو يكفي لإظهار نجم واحد على بعد لا يمكن فيه رؤية أي نجم بغير ذلك.

العدسة تلسكوب الطبيعة نفسها، ويستخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي العناقيد هكذا لأعمق صوره. وما زال يُدرس هل إيرنديل نجم واحد أم عدة نجوم. وما تُظهره الصورة نقطة ضوء مرسومة على القوس حيث وُجدت.