تلسكوب الفضاء يكشف ظاهرة "حلقة أينشتاين" النادرة بوضوح مذهل

التقط علماء الفلك في بعثة "إقليدس" التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية نظرة غير مسبوقة على ظاهرة كونية نادرة - وقد قاموا بهذه الملاحظات بمحض الصدفة البحتة.

ويرتبط اكتشافهم ببعض البيانات المبكرة من تلسكوب إقليدس، الذي أُطلق في يوليو 2023 لدراسة الكون المظلم - أي أجزاء الكون التي لا يستطيع العلماء رؤيتها مباشرة - وأمضى الأشهر القليلة الأولى في معايرة واختبار أجهزته. عندما أُرسلت الصور الاختبارية إلى الأرض، رصد عالم أرشيف إقليدس برونو ألتيري ما بدا أنه حلقة أينشتاين.

تحدث حلقات آينشتاين عندما ينحني الضوء القادم من مجرة بعيدة ليشكل حلقة متوهجة حول جسم آخر في المقدمة أثناء رصد هذا الجسم. سُميت الحلقات التي نادراً ما يتم رصدها على اسم عالم الرياضيات والفيزيائي ألبرت أينشتاين. وقد تنبأت نظريته النسبية العامة بأن الضوء يمكن أن ينحني ويضيء حول الأجسام في جميع أنحاء الكون.

وقد التقط إقليدس في البداية صورة لمجرة مرصودة بشكل جيد تُدعى NGC 6505، والتي تقع على بعد حوالي 590 مليون سنة ضوئية من الأرض، في عام 2023. والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة، وهي 5.88 تريليون ميل (9.46 تريليون كيلومتر).

ولكن للمرة الأولى، تم الكشف عن حلقة ضوئية حول المجرة أثناء استخدام أجهزة إقليدس الحساسة للغاية. وتتكون الحلقة نفسها من ضوء مشوه من مجرة بعيدة، تقع على بعد 4.42 مليار سنة ضوئية. هذه المجرة، التي لم تُرصد من قبل، ليس لها اسم حتى الآن.

وقال ألتييري في بيان: "أنظر إلى البيانات الواردة من إقليدس عند ورودها". "حتى من تلك الملاحظة الأولى، كان بإمكاني رؤيتها، ولكن بعد أن أجرى إقليدس المزيد من عمليات الرصد للمنطقة، تمكنا من رؤية حلقة أينشتاين الكاملة."

والآن، قام الباحثون بدراسة متعمقة لصور إقليدس التي تعرض تفاصيل حلقة أينشتاين، والتي نُشرت يوم الاثنين في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية. يمكن أن يساعد فهم المزيد عن هذه الظاهرة العلماء على استكشاف بعض ألغاز الكون الدائمة، مثل الطاقة المظلمة - القوة الغامضة التي تجعل الكون يتمدد بشكل أسرع بمرور الوقت.

وقالت المشاركة في الدراسة فاليريا بيتورينو، عالمة مشروع إقليدس في وكالة الفضاء الأوروبية، في بيان لها: "أجد أنه من المثير للاهتمام أن هذه الحلقة قد رُصدت داخل مجرة معروفة، والتي اكتشفت لأول مرة في عام 1884". "المجرة معروفة لعلماء الفلك منذ فترة طويلة جداً.
ومع ذلك لم يتم رصد هذه الحلقة من قبل. وهذا يدل على مدى قوة إقليدس، حيث يعثر على أشياء جديدة حتى في الأماكن التي كنا نعتقد أننا نعرفها جيداً. هذا الاكتشاف مشجع للغاية لمستقبل مهمة إقليدس ويوضح قدراتها الرائعة."

فك شفرة حلقة أينشتاين النادرة

رصد عالم الفلك الأمريكي لويس سويفت لأول مرة المجرة NGC 6505 في عام 1884، وكانت تشبه نقطة صفراء لامعة، مع حجب تفاصيل الحلقة بسبب الغلاف الجوي، كما قال مؤلف الدراسة الرئيسي كونور أوريوردان، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في ألمانيا.

قال أوريوردان في رسالة بالبريد الإلكتروني: "من خلال الرصد من الفضاء باستخدام إقليدس، حيث لا يوجد غلاف جوي يحجب الأشياء"، "يمكننا الرصد بتفاصيل كبيرة والكشف عن أشياء مثل هذه التي كانت مختبئة على مرأى من الجميع."

وقال أوريوردان إن حلقات أينشتاين هي أمثلة على عدسة الجاذبية القوية، وهي ظاهرة تعمل مثل عدسة مكبرة في الكون، وتكشف عن الأجرام السماوية والضوء من المجرات البعيدة التي كانت ستبقى غير مرئية لولا ذلك.

وقال: "عندما يسافر الضوء القادم من مجرة بعيدة عبر الفضاء في طريقه إلى الأرض، فإنه عادةً ما يسافر في مسار مستقيم". "ولكن إذا اعترض طريق الضوء جسم ضخم مثل مجرة أخرى، فإن الجاذبية الهائلة للمجرة يمكن أن تحرف مسار الضوء. تعمل هذه المجرة الموجودة في المقدمة مثل "عدسة"، حيث تقوم بتركيز الضوء من مجرة الخلفية إلى صورة مشوهة ولكن مكبرة للغاية على شكل حلقة من مجرة الخلفية."

Loading image...

من أجل تشكيل حلقة أينشتاين، يجب أن تتضافر عدة عوامل معًا: يجب أن تكون المجرة الضخمة الموجودة في المقدمة بمحاذاة المجرة الخلفية تمامًا من منظور التلسكوب.

وقال أوريوردان إنه من النادر جداً أن يكون لدى أقل من 1% من المجرات حلقة أينشتاين. وقال إن هناك ما بين 100 و1000 جسم شبيه بحلقة أينشتاين معروفة، ولكن لم يُرصد سوى بضع عشرات منها فقط على مستوى التفاصيل التي يوفرها تلسكوب إقليدس.

وفي حين أن المسافة التي تبلغ 590 مليون سنة ضوئية تبدو بعيدة بشكل لا يصدق عن الأرض، إلا أنها قريبة من الناحية الفلكية، كما قال معدو الدراسة، مما يجعلها واحدة من عدد قليل من حلقات أينشتاين القريبة من كوكبنا.

وقال أوريوردان: "إن المجرة الخلفية في هذه العدسة محاذاة تماماً تقريباً مع المجرة الأمامية وهو أمر نادر جداً بالفعل". "هذا يشكل الحلقة الكاملة المذهلة التي يمكنك رؤيتها في الصورة. هذا الاصطفاف النادر يصنع صورة مذهلة ويذكرنا بمدى جمال الكون."

وقال إن حلقة أينشتاين هذه بالتحديد ستساعد علماء الفلك بشكل أساسي على النظر داخل المجرة البعيدة غير المعروفة حتى يتمكنوا من قياس كتلتها وتكوينها، وعدد النجوم التي أنتجتها وكيف تطورت مع مرور الوقت.

تكبير الكون

يهتم علماء الفلك بشكل خاص بدراسة حلقات أينشتاين لأنه يمكن استخدامها لدراسة الطاقة المظلمة وكذلك المادة المظلمة. وفي حين أن المادة المظلمة لم يتم اكتشافها فعلياً، إلا أنه يُعتقد أنها تشكل 85% من إجمالي المادة في الكون.

قال أوريوردان: "لا تتفاعل هذه المادة المظلمة مع الضوء، لكن لها تأثير جاذبية". "وبالتالي فإن عدسة الجاذبية حساسة لوجود هذه المادة المظلمة، مما يسمح لنا باكتشافها بشكل غير مباشر. على سبيل المثال، يعتمد حجم حلقة أينشتاين على مقدار الكتلة في المجرة. عندما نقدر الكتلة بناءً على عدد النجوم التي نراها (مدى سطوع المجرة) يجب أن نرى حلقات أينشتاين أصغر بكثير جدًا في الحجم. فقط عندما نأخذ في الحسبان المادة المظلمة المفقودة يمكننا التنبؤ بحجم الحلقة التي نرصدها بالفعل."

وقال جاستن سبيلكر، الأستاذ المساعد في قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة تكساس إيه آند إم، إن عدسات الجاذبية مثل حلقة أينشتاين المكتشفة حديثاً يمكن أن تساعد في تسليط الضوء على ما يحدث في المناطق الداخلية للمجرات. لم يشارك سبيلكر في الدراسة الجديدة، لكنه سبق له أن رصد حلقة أينشتاين باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تم وصفه في دراسة أجراها في يونيو 2023 وشارك في تأليفها مع فريق دولي من العلماء.

قال سبيلكر في رسالة بالبريد الإلكتروني: "يعتمد حجم حلقة أينشتاين فقط على الكمية الإجمالية للكتلة بالقرب من مركز المجرة". "لا يهم ما إذا كانت تلك الكتلة مكونة من المادة المظلمة أو النجوم أو القطط - المهم فقط هو المجموع! في هذه الحالة، وجد الباحثون أن حوالي 90% من الكتلة عبارة عن نجوم، وحوالي 10% من المادة المظلمة (لا توجد كلمة عن الجزء الموجود في القطط)، وهو أمر نموذجي جداً بالنسبة للمناطق الداخلية للمجرات."

إن إقليدس في مهمة مدتها ست سنوات لرصد مليارات المجرات عبر أكثر من ثلث السماء. ويتمثل الهدف الأساسي للتلسكوب الذي يبلغ قطره 4 أقدام (1.2 متر) في رصد المادة المظلمة والطاقة المظلمة وإنشاء أكبر وأدق خريطة ثلاثية الأبعاد للكون. وعلى طول الطريق، من المرجح أن يزيد التلسكوب من العدد المعروف لحلقات أينشتاين بأضعاف، كما قال أوريوردان.

وقال أوريوردان: "سيُحدث إقليدس ثورة في هذا المجال، مع كل هذه البيانات التي لم نحصل عليها من قبل". "سيكون لدينا المزيد من حلقات أينشتاين أكثر مما يمكن أن نعمل به، وهذا سيجلب تحديات جديدة خاصة به."