این ممکن است بهترین لنز گرانشی باشد که تاکنون پیدا شده است

یک عدسی گرانشی آینه ی تفریحی نهایی کیهان است. دید اجرام پشت آنها را تحریف می کند، اما همچنین اطلاعات شگفت انگیزی در مورد کهکشان ها و اختروش های دوردست ارائه می دهد. ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل (HST) اخیرا تصویر جدیدی از یکی از این مظاهر عجیب به نام ‘لنز چرخ فلک’ منتشر کرده اند. این یک ردیف نادر از هفت کهکشان پس‌زمینه است که همگی توسط یک خوشه کهکشانی مداخله‌کننده منحرف شده‌اند.

به گفته دیوید شلگل، دانشمند ارشد آزمایشگاه برکلی، این لنز گرانشی یک یافته عالی برای ستاره شناسان است. او گفت: «این یک «خط‌آمیز کهکشانی» شگفت‌انگیز خوش‌شانس است – یک هم‌ترازی تصادفی از کهکشان‌های متعدد در یک خط دید که بیشتر کیهان قابل مشاهده را در بر می‌گیرد. «پیدا کردن یکی از این ترازها سوزنی در انبار کاه است. پیدا کردن همه اینها مانند هشت سوزن است که دقیقاً در داخل انبار کاه ردیف شده اند.»

لنز چرخ و فلک چند سال پیش در داده های Dark Energy Survey کشف شد. اکنون اخترشناسان در حال بررسی آن هستند تا جرم آن و تأثیرات روی تصاویر کهکشان های دورتر را اندازه گیری کنند. این هم‌ترازی لنزهای گرانشی هفت کهکشان و یک خوشه کهکشانی پیش‌زمینه به خوبی می‌تواند بینش‌های جدیدی را از کیهان اولیه از طریق منابع کهکشانی با جابه‌جایی بالا، ویژگی‌های خوشه عدسی‌دهنده و پرسش‌های بی‌پاسخ در کیهان‌شناسی ارائه دهد.

ساختارشکنی لنز گرانشی چرخ فلک

لنزهای گرانشی در مقیاس بزرگ معمولی در کیهان از یک ‘شیء عدسی’ و اجسام دورتر پشت آن تشکیل شده اند. به طور کلی، آن اجرام دور کهکشان ها و اختروش ها هستند. (لنزهای گرانشی در مقیاس کوچک زمانی اتفاق می‌افتند که سیاره‌ای از مقابل ستاره‌اش عبور می‌کند.) با این حال، عدسی چرخ و فلک ماهیت «کیهانی‌تر» دارد و اجرام را با فاصله میلیون‌ها سال نوری از هم می‌پوشاند. به ویژه، خوشه ای که عدسی را انجام می دهد، حدود ۵ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. همچنین به عنوان DESI-090.9854-35.9683 تعیین شده است و دارای حداقل چهار عضو کهکشان بزرگ و همچنین چندین عضو احتمالی دیگر خوشه است.

عدسی چرخ و فلک حداقل هفت کهکشان دوردست را نشان می دهد. آنها در فاصله ۷.۶۲ تا ۱۲ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارند. هم ترازی آنها با خوشه عدسی منجر به تصاویر متعددی از هر یک از کهکشان های دورتر شد. شکل آنها نتیجه اثر ‘آینه تفریحی’ است که مظاهر آنها را کشیده است. کهکشانی با برچسب ‘4a, 4b, 4c, 4d’ در واقع یک ‘صلیب انیشتین’ تقریباً کامل را تشکیل می دهد که توزیع متقارن جرم را در عدسی نشان می دهد.

به گفته Xiaoshang Huang، که بخشی از تیمی در برکلی است که آن را مطالعه می‌کند، چرخ فلک نمونه‌ای عالی از یک ‘عدسی قوی’ در جهان است. هوانگ گفت: ‘تیم ما به دنبال لنزهای قوی و مدل سازی با ارزش ترین سیستم ها بوده است.’ لنز چرخ و فلک یک هم ترازی باورنکردنی از هفت کهکشان در پنج گروه است که تقریباً کاملاً در پشت عدسی خوشه پیش‌زمینه قرار گرفته‌اند. همانطور که آنها از طریق عدسی ظاهر می شوند، تصاویر متعدد هر یک از کهکشان های پس زمینه، الگوهای دایره ای تقریبا متحدالمرکزی را در اطراف عدسی پیش زمینه، مانند یک چرخ فلک، تشکیل می دهند. این یک کشف بی‌سابقه است و مدل محاسباتی تولید شده، چشم‌انداز بسیار امیدوارکننده‌ای را برای اندازه‌گیری ویژگی‌های کیهان، از جمله خواص ماده تاریک و انرژی تاریک نشان می‌دهد.

چه چیزی این لنز را بسیار خاص می کند؟

شلگل، هوانگ و دیگران در مقاله‌ای که اخیراً منتشر شده‌اند، مدل‌سازی لنز چرخ و فلک را برای درک ساختار آن توصیف کردند. آنها اشاره می کنند که تقریباً هر پیکربندی عدسی را که ستاره شناسان در چنین مظاهر می بینند نشان می دهد. قوس های مختلف، اشکال الماس، حلقه انیشتین و عدسی دوتایی وجود دارد.

گسترش زیاد فواصل بین خود عدسی و کهکشان‌هایی که در حال تحریف هستند، زمینه‌های جالب کیهان‌شناسی را نیز ارائه می‌کنند. به طور خاص، تیم علمی امیدوار است که مطالعات طیفی بیشتری برای درک توزیع ماده خوشه عدسی انجام دهد. حداقل هفت منبع عدسی به محدود کردن مقدار ماده در خوشه کمک می کند و به درک مقدار ماده تاریک و باریونی در چنین سیستم هایی کمک می کند.

علاوه بر توزیع ماده، تیم می‌تواند از این سیستم عدسی به عنوان راهی برای درک ویژگی‌های منابع عدسی دور استفاده کند. این مهم است زیرا دورترین ها بینشی از شرایط در دوره های مختلف تاریخ کیهانی خود می دهند. به عنوان مثال، منبع ۷ یک منبع ‘نزدیک’ جالب است که می تواند یک کهکشان ‘سکوت’ با انتقال بسیار زیاد به سرخ باشد. به نظر می رسد که در اندازه گیری های مادون قرمز بسیار ‘قرمز’ است و موارد دیگری از این نوع توسط HST مشاهده شده است. منبع ۷ می‌تواند نمونه‌ای کارآمد از آنچه «خاموش شدن اولیه کهکشان» نامیده می‌شود باشد.

این زمانی اتفاق می‌افتد که شکل‌گیری ستاره متوقف می‌شود و کهکشان ساکن می‌شود. راه‌های مختلفی وجود دارد که ممکن است اتفاق بیفتد، اما رایج‌ترین آنها نوعی حلقه بازخورد بین سیاه‌چاله مرکزی و نواحی دورافتاده است. به عنوان مثال، این می تواند در نتیجه ادغام کهکشان ها رخ دهد، که در اوایل جهان بسیار رایج بود. عدسی چرخ و فلک (و سایر انواع آن) روش خاصی برای مطالعه آن دوره از تاریخ کیهانی و رویدادهایی که کهکشان هایی را که امروز می بینیم را شکل داده اند، ارائه می دهد.