مشاهده خمش نور و همگرایی گرانشی؛ مهر تأیید دیگری بر نظریات اینشتین

برای نخستین بار در تاریخ، اخترشناسان توانستند یک ستاره دوردست را تماشا کنند که نور ستاره دیگری را از مسیر مستقیم منحرف می سازد. بر اثر این پدیده، بیننده تصور می کند که مکان ستاره دوم در آسمان جابجا می گردد. این کشف از این نظر حائز اهمیت است که حتی آلبرت اینشتین هم تصور نمی کرد مشاهده چنین رویدادی برای انسان ممکن باشد.

حال که دانشمندان توانستند هم نظریه فیزیکدان بزرگ تاریخ را به اثبات رسانده و هم ادعای او را نقض کنند، امیدوارند که در آینده تعداد بیشتری از این رویدادها را رصد نمایند و به واسطه آن، بتوانند درک بهتری از ستاره ها و ساز و کار جهان هستی به دست آورند.

ریزهمگرایی گرانشی یا میکرولنزینگ، بخشی از نظریه نسبیت عام اینشتین است

اینشتین برای نخستین بار در نظریه «نسبیت عام» خود از مفهومی به نام «ریزهمگرایی گرانشی» (gravitational microlensing) سخن گفت و آن را اینگونه توضیح داد که نیروی گرانش می تواند همانند یک عدسی عمل کرده و نور را منحرف سازد. اساساً اجسام کلان جرم مانند ستاره های غول پیکر و سیاهچاله ها، زمان و مکان را در اطراف خود دستخوش تغییر می سازند. این انحراف در فضا-زمان می تواند همچون یک عدسی بزرگنما (ذره بین) عمل کرده و مسیر نور را در حین عبور از میان جهان هستی تغییر دهد.

در واقع ریزهمگرایی یا همان میکرولنزینگ زمانی رخ می دهد که یک ستاره (منبع نور) در راستای دید بیننده زمینی، دقیقاً از پشت یک ستاره دیگر (لنز) عبور کند. گرانش حاصل از ستاره جلویی (لنز) نور منبع را تغییر داده و آن را درخشان تر و کمی واپیچیده نشان می دهد.

برای وقوع این وضعیت، ستاره ها باید در فاصله بسیار دور قرار گرفته و دقیقاً با یکدیگر هم تراز شوند. به همین دلیل اینشتین در آن زمان نوشت «هیچ امیدی به مشاهده مستقیم این رخداد نیست.» با این حال پیشرفت فناوری تلسکوپ و ابزار رصد به قدری بوده که اکنون توانایی تماشای این واقعه را داریم.

در سال 2014 گروهی از اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل که متعلق به ناسا است، توانستند نمونه نادری از میکرولنزینگ را رصد کنند. در این حالت یک ستاره کوتوله سفید پرجرم از مقابل ستاره دیگری با فاصله چند هزار سال نوری عبور کرد. این ستاره ها دقیقا در یک راستا قرار نگرفتند، اما به اندازه کافی نزدیک همدیگر شدند که کوتوله سفید توانست ستاره پشتی را [به ظاهر] از سر راه خود کنار بزند.

«تری اسوالت» یکی از منجمین «دانشگاه علوم فضایی امبری-ریدل» که نقشی در این اکتشاف نداشته اما دیروز مقاله ای کامل را در این رابطه در نشریه ساینس منتشر ساخته، می گوید:

به نظر می رسید که کوتوله سفید، ستاره دیگر را به سمت مخالف می راند. البته واضح است چیزی که می دیدیم، حقیقت نداشت.

ریزهمگرایی گرانشی بهترین راه برای اندازه گیری جرم ستاره هاست

اخترشناسان از این فرصت استفاده کرده و با بهره گیری از حرکت ظاهری ستاره پشتی، توانستند جرم کوتوله سفید را بر اساس روشی جدید و ابداعی اندازه بگیرند و جزئیات آن را در قالب مقاله ای در نشریه ساینس منتشر سازند. در این مقاله عنوان شده که چنین سنجش هایی در آینده بیشتر انجام می شوند. حال که دانشمندان روش جستجو و مشاهده رخدادهای لنزینگ را فرا گرفته اند، موارد بیشتری را با استفاده از تلسکوپ های زمینی و فضایی رصد خواهند کرد. «کایلاش ساهو» از محققین مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی که مدیریت عملیات اکتشافی فوق را بر عهده داشته می گوید:

این واقعه، حوزه جدیدی را پیش روی ما باز می کند. هیچکس تا به امروز چنین روشی را به کار نگرفته و تکنیک نوینی محسوب می شود. با این رویکرد می توانیم جرم ستاره ها را به دقت اندازه بگیریم.

میکرولنزینگ یکی از اثرات متعددیست که در زمان عبور یک جسم بزرگ از جلوی جسم درخشان دیگر به وجود می آید. پیش از این حتی کهکشان های بزرگی را نیز دیده ایم که نور کهکشان های دیگر را منحرف می سازند. گاهی اوقات جسم مقابل نور منبع پشتی را چندپاره می کند و چهار تصویر مختلف را به وجود می آورد که به آن «صلیب اینشتین» می گویند.

ریزهمگرایی یا میکرولنزینگ نوع خاصی از این پدیده است. در این حالت، ستاره ای که پشت جسم کلان جرم دیگری حرکت می کند، برجسته و درخشنده تر از حالت عادی می شود. طی 20 سال گذشته از این پدیده برای جستجوی اگزوپلنت ها و ماده تاریک استفاده شده، چون در این حالت اجسام دوردست به صورت موقت پرنور تر شده و قابل مشاهده می گردند.

اگر دو ستاره دقیقاً روی یک محور قرار گیرند، ستاره پشتی حلقه ای درخشان را دور ستاره جلویی تشکیل می دهد

اینشتین پیش بینی کرده بود اگر دو ستاره دقیقاً روی یک راستا منطبق شوند، ستاره پشتی به شکل حلقه ای درخشان ستاره روبرو را در بر خواهد گرفت. تاکنون چنین حلقه دقیقی که توسط دو ستاره خارج از منظومه شمسی تشکیل شده باشد را ندیده ایم و رخداد مشاهده شده توسط اخترشناسان در سال 2014 نزدیک ترین مورد به این فرضیه بوده است. از آنجا که ستاره ها دقیقاً در یک راستا قرار نگرفته اند، شاهد جابجایی در موقعیت ظاهری ستاره پشتی بودیم.

این نوع جابجایی پیشتر فقط در زمان خورشید گرفتگی مشاهده شده بود. خورشید به اندازه کافی جاذبه دارد تا نور ستاره های پشت سر خود را منحرف سازد، اما درخشندگی بیش از اندازه آن باعث می شود تا نتوانیم ستاره های مجاورش را در روز ببینیم. خورشید گرفتگی کامل سال 1919 این فرصت را در اختیار دانشمندان قرار داد تا موقیت ستاره های نزدیک خورشید را اندازه گیری کرده، و سپس نتایج را با موقعیت همین ستاره ها در شب مقایسه نمایند. نتایج نشان داد که خورشید با انحراف نور این ستاره ها، جایگاهشان را در آسمان تغییر می دهد.

تقریباً به مدت 100 سال است که تغییر موقعیت ظاهری یک ستاره توسط ستاره دیگر مشاهده نشده، اما «ساهو» و تیمش چندین سال است که به دنبال ستاره هایی از این دست در خارج منظومه شمسی می گردند، یعنی مواردی که احتمالاً در مسیر یکدیگر قرار بگیرند. آنها تقریباً 5000 ستاره را شناسایی کردند که بیشترین حرکت پیمایشی را در آسمان شب از خود نشان می دهند. به عقیده «ساهو»:

اگر جابجایی ستاره در آسمان زیاد باشد، احتمال اینکه از مقابل ستاره پرنور دیگری عبور کند نیز بیشتر خواهد بود.

آنها پس از تصویرسازی و محاسبات متعدد، توانستند سه گزینه اصلی را برای وقوع پدیده میکرولنزینگ یا ریزهمگرایی شناسایی نمایند. یکی از آنها کوتوله سفیدی به نام Stein 2051 B است که عبورش از مقابل ستاره دیگر در ماه مارس 2014 پیش بینی شده بود. دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل توانستند این کوتوله سفید را چندین بار قبل و بعد از عبور مشاهده کرده و حرکت نسبی ستاره پشتی را نیز به ثبت برسانند.

این رصد تاریخی نشان داد ستاره منبع نور با عبور کوتوله سفید، به آرامی جابجا می شود. البته مشاهده این تغییر بسیار سخت بود، چون به گفته ساهو، گویی «پرواز یک شب پره کوچک در کنار چراغ برق را از چند خیابان آن طرف تر تماشا کنید.»

پیش از این فقط جرم سه کوتوله سفید به صورت دقیق محاسبه شده بود

به هر حال جابجایی های کوچک نیز توانستند جرم Stein 2051 B را مشخص سازند. پیش از این تعیین جرم کوتوله های سفید بسیار دشوار بود. این اجرام فضایی که ظاهراً بقایای ستاره های خاموش هستند، ابعادی کوچک دارند و بنابراین شناسایی و تجزیه و تحلیل آنها دشوار است. قبل از انتشار مقاله اخیر، فقط جرم سه کوتوله سفید به صورت دقیق محاسبه شده بود. دانشمندان حتی برای برآورد جرم Stein 2051 B نیز تلاش کرده و به این نتیجه رسیده بودند که این کوتوله سفید بسیار کم جرم و عجیب است. حال اندازه گیری اخیر نشان داد که این ستاره کاملاً در محدوده جرم طبیعی قرار دارد.

اندازه گیری جرم ستاره ها به این ترتیب، دقت بسیار بیشتری نسبت به دیگر روش ها دارد، چون محاسبات بر مبنای مشاهده تأثیر یک ستاره بر دیگری صورت می گیرد. به زودی شاهد سنجش های بیشتری بر اساس این روش خواهیم بود. تیم تحقیقاتی زیر نظر «ساهو» می گویند نزدیک ترین ستاره به خورشید یعنی «پروکسیما قنطورس» به عنوان گزینه بعدی مطرح است. این تیم به تازگی عبور ستاره مورد بحث را از مقابل ستاره دیگر رصد کرده و در آینده نزدیک نتایج محاسبات خود را منتشر خواهند ساخت.

از سوی دیگر، تلسکوپ های زمینی و فضایی متعددی در دست ساخت هستند که طی سال های آتی آغاز به کار خواهند کرد. تلسکوپ زمینی LSST در شیلی می تواند دقیق ترین تصاویر را از جهان هستی ثبت کند، و تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز اعماق کیهان را بیش از پیش در دسترس اخترشناسان قرار خواهد داد. بنابراین طی سال های آینده، رصد مسیر حرکت میلیاردها ستاره و پیش بینی وقوع پدیده میکرولنزینگ به مراتب ساده تر شده و دانشمندان می توانند ضمن عرض سلامی دوباره به اینشتین، محاسبات دقیق تری را انجام دهند.