تلسکوپ جیمز وب: کشف اولین «زیگ زاگ انیشتین» که در دید ساده پنهان شده و کمک به نجات کیهان‌شناسی

برای اولین بار، محققان از داده های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای کشف نمونه ای از یک پدیده فرضی قبلی به نام ‘زیگ زاگ انیشتین’ استفاده کردند – جایی که نور یک جسم در کیهان دور از دو مختلف عبور می کند. مناطقی از فضا-زمان پیچ خورده به گفته کارشناسان، اثر تازه تایید شده، که در میان شش نسخه مشابه از یک اختروش نورانی کشف شد، می‌تواند موضوعی را روشن کند که شروع به آفت کیهان‌شناسی کرده است.

در سال ۱۳۹۶، اخترشناسان یک کوارتت از نقاط درخشان یکسان را در فاصله میلیاردها سال نوری از زمین کشف کردند که بعدها J1721+۸۸۴۲ نام گرفت. در ابتدا، دانشمندان فرض کردند که این چهار نور، تصاویر آینه‌ای از یک اختروش هستند – یک هسته کهکشانی درخشان که از یک سیاه‌چاله تغذیه‌کننده نیرو می‌گیرد – که از طریق پدیده‌ای به نام ‘عدسی گرانشی’ تکرار شده است.

عدسی گرانشی زمانی رخ می‌دهد که نور یک جسم دوردست هنگام عبور از فضا-زمان به علت نیرومندی گرانش یک جسم عدسی‌دار (معمولاً یک کهکشان یا خوشه‌ای از کهکشان‌های عظیم) خم می‌شود و از مسیر اصلی خود منحرف می‌شود. شی و ناظر این اثر می‌توانند منبع نور اولیه را مشاهده کنند، زیرا نور مسیرهای مختلفی را در اطراف جسم عدسی‌دار طی می‌کند و یا نور را به هاله‌های نورانی گسترش می‌دهد که به نام حلقه‌های اینشتین شناخته می‌شود. این نامگذاری به افتخار آلبرت انیشتین است که برای اولین بار عدسی گرانشی را در نظریه نسبیت عام خود در سال 1293پیش‌بینی کرد.

اما در یک مطالعه در سال ۱۴۰۰، پژوهشگران دریافتند که J1721+۸۸۴۲ دارای دو نقطه نوری اضافی در کنار کوارتت اصلی و همچنین یک حلقه قرمز کم‌رنگ اینشتین است. نقاط تازه کشف شده اندکی کم‌نورتر از چهار نقطه دیگر بودند و این باعث شد که پژوهشگران مشکوک شوند که نمایش نوری یک جفت اختروش مجاور، معروف به اختروش باینری را نشان می‌دهد که سه بار تکرار شده‌اند (به جای یک اختروش منفرد که قبلاً شش بار کپی شده بود).

با این حال، در یک مطالعه جدید که در ۱۷ آبان در سرور پیش‌چاپ arXiv آپلود شد، محققان J1721+۸۸۴۲ را با استفاده از داده‌های جدید JWST تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که تمام شش نقطه نوری در واقع از یک اختروش واحد هستند. این تیم همچنین دریافتند که نقاط روشن تازه پرده‌برداری شده در اطراف شی عظیم دوم دورتر از جسم اول قرار گرفته‌اند، که همچنین مسئول حلقه ضعیف انیشتین است که در تصاویر جدیدتر دیده می‌شود. (این مطالعه هنوز توسط همتایان مورد بررسی قرار نگرفته است، اما برای انتشار در مجله Astronomy & Astrophysics ارائه شده است.)

پس از مشاهده منحنی‌های نور هر نقطه درخشان در طول دو سال، محققان نشان دادند که در مدت زمانی که دو تصویر تکراری ضعیف‌تر به دست ما می‌رسند، تاخیر کمی وجود دارد، که نشان می‌دهد نور در این نسخه‌ها باید دورتر از دیگری حرکت کند. چهار نقطه روشن این به احتمال زیاد به این دلیل است که نور در این تصاویر از طرف مقابل هر جسم عدسی (یعنی اطراف سمت چپ لنز اول و سمت راست لنز دوم) عبور می کند.

محققان نوشتند که تیم مطالعه این ‘پیکربندی عدسی بسیار نادر’ را زیگ زاگ انیشتین نامیده است، زیرا نور برخی از نقاط درخشان دو عدسی هنگام عبور از اطراف هر دو کهکشان عدسی‌دار به جلو و عقب منحرف شده است.

نجات کیهان شناسی

اجرام دارای عدسی گرانشی، مانند حلقه‌های انیشتین، مورد توجه ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان هستند، زیرا نور تابیده می‌تواند به آشکار کردن جرم کهکشان‌هایی که به آنها عدسی داده‌اند کمک کند. این، به نوبه خود، می تواند به افشای اسرار جهان مانند هویت مخفی ماده تاریک و اینکه چگونه انرژی تاریک باعث انبساط کیهانی می شود، کمک کند.

JWST در یافتن این اجسام در نقاطی از جهان که قبلاً هرگز قادر به دیدن آنها نبوده‌ایم بسیار خوب بوده است. اما متأسفانه، تلسکوپ پیشرفته همچنین اختلافاتی را نشان داده است که در حال حاضر نمی توانیم توضیح دهیم.

به عنوان مثال، اندازه‌گیری‌های تلسکوپ تأیید کرده است که بخش‌های مختلف جهان با سرعت‌های متفاوتی در حال انبساط هستند، که تهدیدی برای «شکستن» درک ما از کیهان‌شناسی است. محققان از این مشکل به عنوان کشش هابل یاد می کنند.

با این حال، محققان بر این باورند که زیگزاگ جدید تایید شده انیشتین می‌تواند به هموار کردن این تنش کمک کند، زیرا پیکربندی منحصربه‌فرد آن به اخترشناسان این امکان را می‌دهد که هم ثابت هابل – سرعت شتاب انبساط کیهانی – و هم مقدار انرژی تاریک را به دقت اندازه‌گیری کنند. نیروی نامرئی که باعث انبساط کیهان می شود – در این منطقه از فضا. به گفته محققان، به طور معمول، دانشمندان تنها می توانند ارقام دقیقی را برای یکی یا دیگری تعیین کنند، اما برای درک واقعی انبساط کیهانی، دانش دقیق هر دو مورد نیاز است.

توماس کولت، اخترفیزیکدان دانشگاه پورتسموث در بریتانیا که در این مطالعه شرکت نداشت، به مجله علم گفت که مطالعه زیگزاگ ‘روشنایی را در مورد اینکه آیا نرخ انبساط جهان با مدل کیهانی مطابقت دارد یا خیر روشن می کند یا خیر. نه.’ او افزود، با این حال، محققین ممکن است بیش از یک سال طول بکشد تا ارقام مورد نیاز خود را از تصاویر درهم حل کنند. بنابراین ممکن است مجبور باشیم مدتی [برای پاسخ] صبر کنیم.