عدسی گرانشی یکی از مهمترین و قدرتمندترین ابزارهایی است که اخترشناسان برای مشاهدهٔ اجرامی بهکار میگیرند که یا بسیار دور هستند، یا بسیار کمنور، و یا هر دو. بسیاری از این اجرام آنقدر از ما فاصله دارند که حتی پیشرفتهترین تلسکوپهای امروزی نیز بهتنهایی قادر به تفکیک و مشاهدهٔ دقیق آنها نیستند. در چنین شرایطی، طبیعت خود به کمک دانشمندان میآید و پدیدهای را در اختیارشان میگذارد که ریشه در یکی از عمیقترین نظریههای فیزیک دارد: نظریهٔ نسبیت عام اینشتین.
بر اساس پیشبینی اینشتین، اجرام بسیار پرجرم – مانند کهکشانها و خوشههای کهکشانی – باعث خمیده شدن فضا–زمان پیرامون خود میشوند. وقتی نور یک جرم بسیار دور از نزدیکی چنین جرمی عبور میکند، مسیر آن منحرف میشود؛ درست مانند نوری که از یک عدسی شیشهای میگذرد. نتیجهٔ این انحراف، پدیدهای است که به آن همگرایی یا عدسی گرانشی گفته میشود؛ پدیدهای که میتواند نور اجرام دوردست را تقویت کرده، بزرگنمایی کند و حتی آن را به چند تصویر مجزا تقسیم نماید.
کشفی تاریخی در دل کیهان دوردست
در یک پژوهش تازه و هیجانانگیز، گروهی بینالمللی از اخترشناسان با استفاده از ترکیبی از تلسکوپهای زمینی موفق شدند برای نخستینبار یک ابرنواختر با تفکیک مکانی که تحت تأثیر عدسی گرانشی قرار گرفته است را کشف و مطالعه کنند. این ابرنواختر که با نام SN 2025wny شناخته میشود، در فاصلهای حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد.
این بدان معناست که انفجار این ستاره زمانی رخ داده که عالم تنها ۴ میلیارد سال سن داشته است؛ یعنی کمتر از یکسوم عمر کنونی کیهان. در حالت عادی، مشاهدهٔ یک ابرنواختر در چنین فاصلهٔ عظیمی با تلسکوپهای زمینی تقریباً غیرممکن است، زیرا نور آن در طول مسیر بسیار طولانی خود بهشدت تضعیف میشود. اما در این مورد خاص، حضور دو کهکشان در پیشزمینه مانند دو عدسی طبیعی عمل کرده و باعث شدند روشنایی این ابرنواختر تا حدود ۵۰ برابر افزایش یابد.
این بزرگنمایی خارقالعاده به اخترشناسان اجازه داد تا نهتنها وجود این انفجار ستارهای را ثبت کنند، بلکه آن را با جزئیات بیسابقهای مطالعه نمایند؛ فرصتی کمنظیر برای نگاه کردن به مرگ یک ستاره در دوران آغازین عالم.
تأییدی دوباره بر نسبیت عام
مشاهدهٔ SN 2025wny فقط یک کشف نجومی ساده نیست، بلکه تأیید دیگری بر دقت شگفتانگیز نظریهٔ نسبیت عام در شرایط بسیار افراطی بهشمار میآید. این نظریه که بیش از یک قرن پیش ارائه شد، بارها در آزمایشهای مختلف – از منظومهٔ شمسی گرفته تا امواج گرانشی – آزموده شده و هر بار سربلند بیرون آمده است. اکنون، مشاهدهٔ دقیق رفتار نور این ابرنواختر دوردست نیز بار دیگر نشان میدهد که پیشبینیهای اینشتین حتی در مقیاسهای کیهانی و در فاصلههای میلیاردها سال نوری نیز کاملاً معتبر هستند.
تیمی جهانی و همکاری گسترده
این پژوهش به سرپرستی یول یوهانسون، پژوهشگر مرکز اسکار کلاین در دانشگاه استکهلم انجام شد. در این پروژه، پژوهشگرانی از مؤسسات معتبر علمی جهان مشارکت داشتند؛ از جمله دانشگاه استکهلم، مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech)، مرکز CIERA، مؤسسه DIRAC، مؤسسه اخترشناسی امواج گرانشی، خوشهٔ ممتاز ORIGINS، مرکز مکویلیامز برای کیهانشناسی و اخترفیزیک، مؤسسه هوش مصنوعی SkAI وابسته به NSF-Simons، و چندین دانشگاه دیگر.
این همکاری گسترده نشاندهندهٔ ماهیت جهانی پژوهشهای مدرن در اخترفیزیک است؛ جایی که برای حل بزرگترین معماهای کیهان، دانشمندان از سراسر دنیا دانش، ابزار و دادههای خود را به اشتراک میگذارند.
تلسکوپهایی که این کشف را ممکن کردند
کشف SN 2025wny نتیجهٔ استفادهٔ هوشمندانه از چندین تلسکوپ پیشرفته بود. در گام نخست، رصدخانه پالومار در کالیفرنیا و سامانهٔ Zwicky Transient Facility (ZTF) هنگام پایش شبانهٔ آسمان، انفجار این ابرنواختر را شناسایی کردند.
پس از آن، تلسکوپ نوردیک اپتیکال (NOT) در رصدخانه لا پالما طیفسنجی اولیهٔ این جرم گذرا را انجام داد. در ادامه، تلسکوپ لیورپول موفق شد چهار تصویر مجزا از این ابرنواختر ثبت کند؛ نشانهای آشکار از عدسی گرانشی قوی. در نهایت، رصدخانه کِک با ارائهٔ دادههای طیفی دقیق، نوع ابرنواختر (نوع I) و فاصلهٔ بسیار زیاد آن را با اطمینان تأیید کرد.
وقتی فضا–زمان نور را چندپاره میکند
وجود دو کهکشان در پیشزمینه باعث شد نور SN 2025wny به چند مسیر مختلف منحرف شود و در نتیجه، تصاویر جداگانهای از یک منبع واحد بهوجود آید. این پدیده در عدسی گرانشی کاملاً شناختهشده است و شکل نهایی تصاویر به میزان و نوع همراستایی منبع، عدسی و ناظر بستگی دارد.
اگر همراستایی تقریباً کامل باشد، نور به شکل یک حلقهٔ زیبا بهنام حلقهٔ اینشتین دیده میشود. در شرایط دیگر، ممکن است دو، سه یا حتی چهار تصویر مجزا شکل بگیرد که به آن صلیب اینشتین میگویند. در مورد SN 2025wny، چنین تصویربرداری چندگانهای امکان مطالعات بسیار دقیقی را فراهم کرده است.
«این تلسکوپ خودِ طبیعت است»
یوهانسون در بیانیهای از دانشگاه استکهلم میگوید:
«این تلسکوپ خودِ طبیعت است. این بزرگنمایی به ما اجازه میدهد ابرنواختری را در فاصلهای مطالعه کنیم که در حالت عادی انجام چنین مشاهداتی کاملاً غیرممکن بود.»
اما کاربرد عدسی گرانشی تنها به دیدن اجرام دوردست محدود نمیشود. دانشمندان از این پدیده برای بررسی برخی از عمیقترین رازهای کیهان نیز استفاده میکنند؛ از جمله توزیع مادهٔ تاریک – مادهای نامرئی که حدود ۸۵ درصد جرم عالم را تشکیل میدهد – و همچنین تعیین دقیقتر یکی از مهمترین کمیتهای کیهانشناسی: ثابت هابل.
ثابت هابل و تنشی حلنشده
ثابت هابل که به افتخار اخترشناس نامدار ادوین هابل نامگذاری شده، نرخ انبساط عالم را توصیف میکند. هابل در سال ۱۹۲۹ نشان داد که کهکشانها در حال دور شدن از یکدیگر هستند و جهان در حال گسترش است. از آن زمان تاکنون، دانشمندان تلاش کردهاند مقدار دقیق این نرخ انبساط را اندازهگیری کنند.
برای این کار، از روشهای مختلفی استفاده میشود که مجموع آنها به نردبان فاصلهٔ کیهانی معروف است. مشکل اینجاست که روشهای مختلف، نتایج متفاوتی بهدست میدهند؛ اختلافی که به «تنش ثابت هابل» شهرت دارد و یکی از بزرگترین چالشهای کیهانشناسی مدرن محسوب میشود.
نقش کلیدی ابرنواخترهای عدسیشده
در سامانههای عدسی گرانشی، نور هر تصویر مسیر متفاوتی را طی میکند و در نتیجه، با تأخیر زمانی متفاوتی به زمین میرسد. اندازهگیری دقیق این تأخیرها روشی مستقل و بسیار قدرتمند برای محاسبهٔ ثابت هابل فراهم میکند.
آریل گوبار، از نویسندگان مقاله، میگوید:
«یک ابرنواختر عدسیشده با چند تصویر واضح، یکی از پاکترین و مطمئنترین روشها برای اندازهگیری نرخ انبساط عالم است. SN 2025wny گامی مهم در مسیر حل یکی از اساسیترین مسائل کیهانشناسی بهشمار میآید.»
دادههای طیفی و شناسایی دقیق
با استفاده از ابزار LRIS در رصدخانه کک، تیم پژوهشی طیف هر تصویر از ابرنواختر و همچنین کهکشانهای عدسی را بررسی کرد. این دادهها وجود عناصری مانند کربن، آهن و سیلیکون را آشکار ساخت و امکان تعیین دقیق انتقال به سرخ و ماهیت این جرم را فراهم کرد.
یو-جینگ چین از مؤسسه کلتک میگوید:
«طیفی که با LRIS بهدست آوردیم، قویترین شواهد برای تعیین فاصله و ردهبندی این ابرنواختر بهعنوان یک ابرنواختر فوقدرخشان بود؛ زیرردهای بسیار نادر. کیفیت دادهها واقعاً ما را شگفتزده کرد.»
نگاهی به آینده: روبین، هابل و وب
کشف SN 2025wny نشان میدهد که مشاهدهٔ ابرنواخترهای بهشدت عدسیشده در فواصل بسیار دور، با ابزارهای امروزی کاملاً امکانپذیر است. این کشف، اثبات مفهومی مهمی برای رصدخانه ورا روبین و پروژهٔ عظیم LSST بهشمار میآید؛ پروژهای که انتظار میرود در آینده صدها ابرنواختر از این نوع را کشف کند.
همچنین، برنامههایی برای رصدهای تکمیلی با تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ جیمز وب در دست اجراست تا تصاویر با دقت بالاتر بررسی شوند، تأخیرهای زمانی دقیقتر اندازهگیری گردد و مدل عدسی گرانشی بهبود یابد.
