نعل اسبی کیهانی یک حلقه اینشتین است؛ سیستمی که شامل یک کهکشان در پیش‌زمینه است که جرم عظیم آن باعث خم شدن نور یک کهکشان دوردست‌تر در پس‌زمینه می‌شود. اکنون، ستاره‌شناسان کشف کرده‌اند که این جرم از کجا تأمین می‌شود.
آن‌ها یک سیاهچاله عظیم با جرمی معادل ۳۶ میلیارد خورشید را درون نعل اسبی کیهانی شناسایی کرده‌اند. این جرم غول‌پیکر یکی از بزرگ‌ترین سیاهچاله‌هایی است که تاکنون کشف شده است.
کشف و ماهیت نعل اسبی کیهانی: دنیای اسرارآمیز و جالب
نعل اسبی کیهانی در سال ۱۳۸۵ کشف شد و شامل دو کهکشان در صورت فلکی شیر (Leo) است. تصاویر این سیستم، حلقه‌ای از نور را در اطراف کهکشان پیش‌زمینه، LRG 3-757، نشان می‌دهد. این پدیده، که به عنوان حلقه اینشتین شناخته می‌شود، هنگامی رخ می‌دهد که جرم عظیم کهکشان باعث انحراف و بزرگ‌نمایی نور کهکشان پس‌زمینه‌ای دورتر می‌شود.
این نوع بزرگ‌نمایی که به عدسی گرانشی معروف است، برای اولین بار توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۲۹۳ پیش‌بینی شد. اکنون، تحقیقات جدید نشان داده است که جرم مورد نیاز برای ایجاد این عدسی گرانشی از یک سیاهچاله فوق‌العاده بزرگ در مرکز کهکشان LRG 3-757 تأمین می‌شود. یافته‌های این پژوهش در ۱ اسفند در پایگاه پیش‌چاپ arXiv منتشر شده‌اند و هنوز مورد بررسی همتایان علمی قرار نگرفته‌اند.
نقش نسبیت عام اینشتین: تحولاتی در فهم ما از فضا و زمان
نظریه نسبیت عام اینشتین توضیح می‌دهد که چگونه اجرام سنگین، بافت فضا-زمان را خم می‌کنند. اینشتین دریافت که گرانش ناشی از یک نیروی نامرئی نیست، بلکه نتیجه خمیدگی و اعوجاج فضا-زمان در حضور ماده و انرژی است.
این فضا-زمان خمیده، مسیر حرکت ماده و انرژی را تعیین می‌کند. به همین دلیل، نور که ذاتاً در مسیر مستقیم حرکت می‌کند، در فضا-زمان بسیار خمیده، مانند اطراف یک کهکشان عظیم، مسیر منحنی را طی کرده و در نهایت به شکل یک هاله در اطراف کهکشان دیده می‌شود.
برای یافتن شواهدی از وجود سیاهچاله در نعل اسبی کیهانی، ستاره‌شناسان داده‌های طیف‌نگار MUSE در صحرای آتاکاما در شیلی را با تصاویر تلسکوپ فضایی هابل ترکیب کردند.
با تحلیل اثر عدسی گرانشی قوی توسط کهکشان LRG 3-757 — که جرمی ۱۰۰ برابر کهکشان راه شیری دارد — و بررسی سرعت و نحوه حرکت ستارگان اطراف آن، پژوهشگران نتیجه گرفتند که وجود یک سیاهچاله فوق‌العاده عظیم برای تطبیق داده‌ها ضروری است.
سیاهچاله‌ای در میان بزرگ‌ترین‌ها: کشف شگفت‌انگیز در کیهان
این کشف، سیاهچاله کهکشان LRG 3-757 را در میان بزرگ‌ترین سیاهچالههای کشف‌شده تاکنون قرار می‌دهد.
بزرگ‌ترین سیاهچاله شناخته‌شده، Ton 618، جرمی حدود ۶۶ میلیارد برابر خورشید دارد و قطر آن ۴۰ برابر فاصله نپتون تا خورشید است. همچنین، سیاهچاله کهکشان خوشه‌ای Holm 15A جرمی برابر ۴۴ میلیارد خورشید دارد و ابعاد آن ۳۰ برابر فاصله نپتون تا خورشید تخمین زده می‌شود.
یک معمای فوق‌العاده عظیم: چالش‌های ذهنی و راه‌حل‌ها
ستاره‌شناسان هنوز به طور دقیق نمی‌دانند که سیاهچاله عظیم LRG 3-757 چگونه شکل گرفته است. اما حرکت کند و کمتر تصادفی ستارگان اطراف آن، برخلاف آن چیزی است که برای چنین سیاهچاله‌ای انتظار می‌رود.
ممکن است برخی از ستارگان نزدیک آن به دلیل ادغام کهکشان‌های گذشته خارج شده باشند، یا شاید سیاهچاله در گذشته فوران‌های پرقدرتی داشته که مانع شکل‌گیری ستاره‌های جدید شده است. همچنین ممکن است سیاهچاله در مراحل اولیه عمر خود بسیاری از ستارگان اطراف را بلعیده باشد.
تلسکوپ فضایی اقلیدس (Euclid) که هم‌اکنون در سال اول مأموریت شش‌ساله خود است، ممکن است سرنخ‌هایی درباره این پرسش‌ها ارائه دهد. این تلسکوپ قرار است یک‌سوم آسمان شب را نقشه‌برداری کند و هزاران تصویر زاویه‌باز از بیش از یک میلیارد کهکشان با قدمتی تا ۱۰ میلیارد سال ثبت کند.
پس از تکمیل این پروژه، ستاره‌شناسان از داده‌های اقلیدس برای ساخت دو نقشه استفاده خواهند کرد:
۱. نقشه‌ای شامل صدها هزار حلقه اینشتین دیگر
۲. نقشه‌ای از امواج ضربه‌ای موسوم به نوسانات آکوستیکی باریونی
این نقشه‌ها به پژوهشگران کمک خواهند کرد تا ماده تاریک و انرژی تاریک را که به ترتیب مسئول بخش عمده ماده جهان و گسترش شتابان آن هستند، بهتر درک کنند.
“مأموریت اقلیدس انتظار دارد طی پنج سال آینده صدها هزار عدسی گرانشی را کشف کند”، نویسندگان پژوهش در مقاله خود نوشته‌اند. “این عصر جدید کشف، درک ما را از تکامل کهکشان‌ها و تعامل میان ماده معمولی و ماده تاریک عمیق‌تر خواهد کرد.”
