ท้องฟ้ายามค่ำคืนดึงดูดใจคนมีดาวมากมาย กล้องโทรทรรศน์สมัครเล่นสามารถเห็นวัตถุในห้วงอวกาศที่หลากหลายมากขึ้น - กระจุกดาวจำนวนมาก ทรงกลมและกระจัดกระจาย เนบิวลา และดาราจักรใกล้เคียง แต่มีปรากฏการณ์ที่น่าตื่นตาตื่นใจและน่าสนใจอย่างยิ่งที่มีเพียงเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่ทรงพลังเท่านั้นที่สามารถตรวจจับได้ ในบรรดาสมบัติล้ำค่าของจักรวาลเหล่านี้ ได้แก่ เหตุการณ์ของเลนส์โน้มถ่วง และในหมู่พวกเขาคือกางเขนของไอน์สไตน์ มันคืออะไรเราจะหาในบทความนี้
เลนส์อวกาศ
เลนส์โน้มถ่วงถูกสร้างขึ้นโดยสนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของวัตถุที่มีมวลมาก (เช่น ดาราจักรขนาดใหญ่) ซึ่งบังเอิญติดอยู่ระหว่างผู้สังเกตและแหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ห่างไกลบางแห่ง - ควาซาร์ ดาราจักรอื่นหรือสว่าง ซุปเปอร์โนวา
ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ถือว่าสนามโน้มถ่วงเป็นการเสียรูปของคอนตินิวอัมกาล-อวกาศ ดังนั้นเส้นที่รังสีแสงแพร่กระจายในช่วงเวลาที่สั้นที่สุด (เส้น geodesic) ก็เช่นกันจะงอ เป็นผลให้ผู้สังเกตเห็นภาพของแหล่งกำเนิดแสงบิดเบี้ยวในบางวิธี
"Einstein cross" คืออะไร
ธรรมชาติของการบิดเบือนขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของเลนส์โน้มถ่วงและตำแหน่งของเลนส์ที่สัมพันธ์กับแนวสายตาที่เชื่อมต่อแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต หากเลนส์มีความสมมาตรอย่างเคร่งครัดบนเส้นโฟกัส รูปภาพที่บิดเบี้ยวจะกลายเป็นรูปวงแหวน หากจุดศูนย์กลางของสมมาตรเลื่อนสัมพันธ์กับเส้นตรง วงแหวนไอน์สไตน์ก็สามารถแบ่งออกเป็นส่วนโค้งได้
ด้วยการเคลื่อนตัวที่แรงเพียงพอ เมื่อระยะทางที่แสงครอบคลุมแตกต่างกันอย่างมาก เลนส์จะสร้างภาพจุดหลายจุด ไม้กางเขนของไอน์สไตน์เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้เขียนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปภายในกรอบที่คาดการณ์ปรากฏการณ์ประเภทนี้เรียกว่าภาพสี่เท่าของแหล่งกำเนิดเลนส์
ควาซาร์ในสี่หน้า
หนึ่งในวัตถุสี่เท่าที่ "ถ่ายรูปได้" มากที่สุดคือ QSO 2237+0305 ของกลุ่มดาวเพกาซัส มันอยู่ไกลมาก: แสงที่ปล่อยออกมาจากควาซาร์นี้เดินทางมากกว่า 8 พันล้านปีก่อนที่มันจะกระทบเลนส์กล้องของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและอวกาศ ควรระลึกไว้เสมอเกี่ยวกับ Einstein Cross นี้ว่าชื่อนี้เป็นชื่อที่ถูกต้อง แม้ว่าจะไม่เป็นทางการ และเขียนด้วยอักษรตัวใหญ่
บนสุดของภาพคือ Einstein Cross จุดศูนย์กลางคือนิวเคลียสของดาราจักรเลนส์ ภาพนี้ถ่ายโดยอวกาศกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล
กาแล็กซี่ ZW 2237+030 ที่ทำหน้าที่เป็นเลนส์ อยู่ใกล้กว่าตัวควาซาร์ 20 เท่า ที่น่าสนใจ เนื่องจากเอฟเฟกต์เลนส์เพิ่มเติมที่เกิดจากดาวแต่ละดวง และอาจเป็นกระจุกดาวหรือเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ในองค์ประกอบของมัน ความสว่างขององค์ประกอบทั้งสี่แต่ละส่วนจะค่อยๆ เปลี่ยนไปและไม่สม่ำเสมอ
หลากหลายรูปทรง
บางทีที่สวยงามไม่แพ้กันก็คือควาซาร์ที่มีเลนส์กากบาท HE 0435-1223 ซึ่งเกือบจะเท่ากับ QSO 2237+0305 เลนส์ความโน้มถ่วงเนื่องจากชุดของสถานการณ์สุ่มอย่างสมบูรณ์ตรงบริเวณนี้ซึ่งภาพทั้งสี่ของควาซาร์ตั้งอยู่เกือบเท่า ๆ กันสร้างกากบาทเกือบปกติ วัตถุอันน่าทึ่งนี้อยู่ในกลุ่มดาวเอริดานี
และสุดท้ายคือโอกาสพิเศษ นักดาราศาสตร์โชคดีพอที่จะจับภาพว่าเลนส์ทรงพลัง - กาแลคซีในกระจุกขนาดใหญ่ที่อยู่เบื้องหน้า - ไม่ได้ขยายทางสายตาไม่ใช่ควาซาร์ แต่เป็นการระเบิดของซุปเปอร์โนวา เอกลักษณ์ของเหตุการณ์นี้คือซุปเปอร์โนวาซึ่งแตกต่างจากควาซาร์เป็นปรากฏการณ์ระยะสั้น การระเบิดที่เรียกว่าซูเปอร์โนวา Refsdal เกิดขึ้นในกาแลคซีไกลโพ้นเมื่อ 9 พันล้านปีก่อน
ต่อมาที่กางเขนไอน์สไตน์ซึ่งเสริมกำลังและทวีคูณการระเบิดของดาวฤกษ์โบราณซึ่งห่างออกไปอีกเล็กน้อย อีกภาพที่ห้าถูกเพิ่มเข้ามา ล่าช้าเนื่องจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้างเลนส์และอีกอย่างก็ทำนายไว้ล่วงหน้า
ในภาพด้านล่าง คุณจะเห็น "ภาพเหมือน" ของซุปเปอร์โนวา Refsdal คูณด้วยแรงโน้มถ่วง
ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของปรากฏการณ์
แน่นอนว่าปรากฏการณ์เช่นไม้กางเขนของไอน์สไตน์ไม่เพียงแต่มีบทบาทด้านสุนทรียภาพเท่านั้น การมีอยู่ของวัตถุประเภทนี้เป็นผลสืบเนื่องที่จำเป็นของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และการสังเกตโดยตรงของวัตถุดังกล่าวเป็นหนึ่งในการยืนยันความเที่ยงตรงที่ชัดเจนที่สุด
ควบคู่ไปกับเอฟเฟกต์อื่นๆ ของเลนส์โน้มถ่วง พวกมันดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์อย่างใกล้ชิด ไม้กางเขนและวงแหวนของไอน์สไตน์ทำให้การศึกษาไม่เพียงแต่แหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ห่างไกลซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้หากไม่มีเลนส์ แต่ยังรวมถึงโครงสร้างของเลนส์ด้วย เช่น การกระจายตัวของสสารมืดในกระจุกดาราจักร
การศึกษาภาพควาซาร์ที่ซ้อนเลนส์อย่างไม่เท่ากัน (รวมถึงรูปไม้กางเขน) ยังช่วยปรับแต่งพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาที่สำคัญอื่นๆ เช่น ค่าคงที่ฮับเบิล วงแหวนและไม้กางเขน Einsteinian ที่มีรูปร่างไม่ปกติเหล่านี้เกิดจากรังสีที่เดินทางเป็นระยะทางต่างกันในช่วงเวลาที่ต่างกัน ดังนั้น การเปรียบเทียบเรขาคณิตกับความผันผวนของความสว่างทำให้สามารถกำหนดค่าคงที่ฮับเบิลได้อย่างแม่นยำ และด้วยเหตุนี้ไดนามิกของจักรวาล
ปรากฏการณ์อันน่าทึ่งที่เกิดจากเลนส์โน้มถ่วงไม่เพียงแต่ดึงดูดสายตาเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในวิทยาศาสตร์อวกาศสมัยใหม่ด้วย
