ما هي عدسة الجاذببة ؟ ” بالأمثلة

تعريف عدسة الجاذبية

إنها ظاهرة تسبب تغييرا في اتجاه مسار الضوء بسبب انحناء الفضاء في مجال الجاذبية، وتسبب أيضا تغييرا في اتجاه حركة الضوء، وهي ظاهرة مشابهة للتأثير الذي يسببه العدسة، ولذلك أطلق عليها اسم “عدسة الجاذبية”، وعندما تستخدم لأقصى حدودها، يمكن للجاذبية أن تحدث بعض التأثيرات المرئية المثيرة للإهتمام، والتي يلاحظها هابل بشكل جيد، وتشرح نظرية النسبية العامة لأينشتاين كيف يؤثر تركيز الكتلة على تشوه الفضاء المحيط بها، حيث يمكن لعدسة الجاذبية أن تحدث عندما يتواجد كمية هائلة من المادة، مثل مجموعة من المجرات.

 تشوه المجال الجاذبية ويكبر الضوء من المجرات البعيدة التي توجد خلفها ولكن في نفس خط الرؤية، حيث يشبه التأثير النظر عبر عدسة مكبرة عملاقة، ويتيح للباحثين دراسة تفاصيل المجرات المبكرة البعيدة جدا التي لا يمكن رؤيتها بواسطة التكنولوجيا والتلسكوبات الحالية، ويعمل أيضا كعدسات جاذبية عندما يمر أمامها نجوم بعيدة لبضعة أيام أو أسابيع .

 يظهر الضوء القادم من النجم الأبعد مؤقتا بشكل أكثر سطوعا بسبب تضخيمه بفعل جاذبية الجسم الأقرب، وهذا الأثر يعرف باسم الجاذبية الدقيقة، ويحدث النوع البسيط من العدسات الجاذبية عندما يكون هناك تركيز واحد للمادة في المركز، مثل لب المجرة الكثيف، ويتم إعادة توجيه ضوء مجرة بعيدة حول هذا المركز، وغالبا ما يتم إنتاج صور متعددة للمجرة الخلفية، وعندما يقترب العدسة من التناظر المثالي، يتم إنتاج دائرة كاملة أو شبه كاملة من الضوء، وتسمى هذه الدائرة حلقة آينشتاين .

تنشأ عدسات الجاذبية الأكثر تعقيدا في ملاحظات مجموعات المجرات الضخمة، وعلى الرغم من أن توزيع المادة في العنقود المجري يكون بشكل عام مركزيا، فإنه لا يكون دائما متماثلا دائريا ويمكن أن يكون متكتلا بشكل كبير، وعندما تتأثر المجرات الخلفية بالعنقود، غالبا ما تظهر صورها على شكل أقواس قصيرة رفيعة حول أطراف التجمع، وتعمل هذه الصور العدسية كمجسات أيضا لتحديد توزيع المادة في العنقود المجري، وتشير النتائج إلى أن معظم المادة الموجودة في العنقود المجري ليست في المجرات المرئية أو الغاز الساخن المحيط بها ولا ينبعث منها ضوء، ولذلك فهي تسمى المادة المظلمة.

يعكس توزيع الصور العدسية توزيع المادة الظاهرة والمظلمة، حيث تم استخدام صور هابل لعدسات الجاذبية لإنشاء خرائط للمادة المظلمة في مجموعات المجرات، وتساعد خريطة المادة الموجودة في مجموعة المجرات على فهم وتحليل أفضل للصور ذات العدسة الجاذبية، ويمكن لنموذج توزيع المادة مساعدة علماء الفلك في تحديد الصور المتعددة لنفس المجرة أو التنبؤ بمواقع المجرات الأبعد في صورة مجموعة المجرات، ويستخدم علماء الفلك خرائط المادة العنقودية وعدسات الجاذبية لتحسين فهمهم لكلاهما.

اكتشاف أول عدسة للجاذبية

تم اكتشاف عدسة الجاذبية الأولى في عام 1979 عندما لوحظ اثنان من النجوم الزائفة على مقربة من بعضهما البعض بنفس الأطياف، ثم تبين لاحقًا أن هذا يرجع إلى تأثير عدسة الجاذبية، التي تسببت في انقسام مسار الضوء إلى قسمين مسارات متطابقة، وبالتالي فإن الصورة الناتجة كان النجمان متطابقان، وهو ما يمثل نجمًا حقيقيًا.

أهمية عدسة الجاذبية

يستخدم علماء الفلك ظاهرة عدسة الجاذبية للاستدلال على النجوم والكواكب الأخرى. يعمل النجم الأمامي كعدسة للنجم الخلفي، وبالتالي يمكن استنتاج وجود كواكب أو أجرام سماوية أخرى خلفه. تساعد عدسة الجاذبية أيضا علماء الفلك على فهم توزيع المادة المظلمة في الكون، وتساعد العدسات الجاذبية القوية في تحديد المجرات البعيدة التي كانت موجودة في الماضي. وهذا يساهم في دراسة تطور الكون على مر العصور.

أمثلة على عدسة الجاذبية

إذا نظرنا إلى الكتلة الكروية (توسكانا)، سنجد أنها تبعد 13.40 سنة ضوئية، ويبدو أن قطرها لا يتجاوز قطر قمرنا، ولكن في الحقيقة، تغطي مساحة تعادل 120 سنة ضوئية في السماء. هذه الصورة تمثل نجما خارقا بجاذبية تفوق جاذبية شمسنا بمليار مرة، وهي صور ملتقطة للنجوم الموجودة خلف النجم داخل قمع الشاشات المتعددة.

مع ذلك فإن كل صورة لنجم لا تحتوي على صورة مغايرة لها، مثل النجم الخارق، ولكنها انعكاس لاتجاهها، وهذا هو السبب في أن النجم يظهر في التلسكوبات كعنقود كروي، حيث تنطبق هذه الرؤية المرئية على 200 مجموعة كروية في مجرتنا درب التبانة وآلاف الحشود الكروية في المجرات المجاورة، والتي تتركز مجموعاتها النجمية وصورها على نجم.

تحوّل كل صورة إلى حركة دورانية عشوائية وغير متزامنة، وهذا ما يحدث في المجرات والعناقيد الكروية المتجمعة. ونجد أن ضوء هذه العناقيد الكروية يتحول إلى اللون الأحمر بالنسبة للنجوم الفردية في مجرة درب التبانة، وهذا الاحمرار يعد مؤشرًا على عمر هذه العناقيد الكروية.

كيف تحدث ظاهرة عدسة الجاذبية

تحدث هذه الظاهرة عندما يكون هناك تجمع كثيف للمادة في المركز، مثل المركز الكثيف للمجرة، حيث يخلق مجال جاذبية يشوه ويعترض مسار الضوء الخارج من المجرات البعيدة خارج مجال الجاذبية، مما يؤدي إلى تغيير مسار الضوء أو انحنائه وبالتالي تشويهه.

أنواع عدسة الجاذبية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من عدسات الجاذبية، وتنقسم حسب قوتها وفقًا للنمط الذي يحدد تركيز الأشعة الأصلية إليها

عدسة الجاذبية القوية

 يحدث هذا عندما ينحرف الضوء الخارج من مجرة بعيدة في اتجاهات متعددة بسبب التداخل مع مجرة أخرى أو عنقود مجرات آخر، ونرى صورًا متعددة لمصدر الضوء هذا، وهذا النوع من العدسات الجاذبية نادر جدًا، لكنه يساعدنا على فهم جوانب عديدة يهتم بها البشر في هذا الكون الواسع. يوضح هذا بشكل أكبر معرفتنا بالمجرات والمادة المظلمة في الكون، ويتحدث العلماء عنه.

عدسة الجاذبية الضعيفة

يمكن وصف هذه التقنية بأنها تستخدم مجرات بعيدة ومشوهة لتتبع المادة المظلمة.

عدسة الجاذبية الصغيرة

 الطريقة الوحيدة المعروفة حاليا للبحث عن كواكب بعيدة عن الأرض هي البحث عنها على مسافات بعيدة جدا، وهي تستطيع العثور على الكواكب الخارجية وتفوق على أي تقنية أخرى في قدرتها على العثور على الكواكب التي تبعد عنا بآلاف السنين الضوئية، وتستطيع العثور على كواكب ذات كتلة منخفضة، وكذلك العثور على كواكب تتمتع بخصائص تشبه تلك التي تتمتع بها الأرض.

عدسة الجاذبية ساعدت في العديد من الاكتشافات المهمة وكشفت العديد من أسرار الكون الواسع، وما زالت حتى اليوم تشكل محط اهتمام العلماء والباحثين في المجتمع العلمي.

نظرية أينشتاين في الجاذبية

النسبية العامة هي نظرية الجاذبية التي طورها ألبرت أينشتاين بين عامي 1907 و 1915، وفقًا للنسبية العامة، فإن التجاذب الملحوظ بين الكتل هو نتيجة انحناء الزمكان الذي تسببه هذه الكتل، بحلول أوائل القرن العشرين اعتبر قانون نيوتن للجاذبية وصفًا موثوقًا لقوة الجاذبية بين الكتل لأكثر من 200 عام، في نموذج نيوتن الجاذبية هي نتيجة قوة التجاذب بين الكتل، وعلى الرغم من أن نيوتن كان مرتبكًا بسبب الطبيعة غير المعروفة لهذه القوة، إلا أن البنية الأساسية أثبتت نجاحها الشديد في وصف الحركة.

تشير التجارب والملاحظات إلى أن وصف أينشتاين للجاذبية يفسر العديد من الظواهر غير المبررة لقانون نيوتن، مثل انحرافات مدارية لعطارد والكواكب الأخرى. كما تنبأت النسبية العامة بتأثيرات جديدة وغير عادية للجاذبية، مثل موجات الجاذبية وعدسة الجاذبية وتأثير الجاذبية على الزمن، المعروف أيضا بتأخر الجاذبية الزمني، حيث تم تأكيد العديد من هذه التنبؤات من خلال التجارب، في حين يستمر البحث في بعضها.

على سبيل المثال، على الرغم من وجود أدلة غير مباشرة على وجود الموجات الجاذبية، إلا أن هناك حاجة إلى دليل مباشر على وجودها من قبل العديد من مجموعات العلماء في تجارب مثل مشروع ليغو ومشروع جيو 600. بالإضافة إلى ذلك، أصبحت النسبية العامة أداة مهمة في الفيزياء الفلكية الحديثة، حيث تشكل أساسا لمفهوم الثقوب السوداء الحديث. تعتبر الثقوب السوداء مناطق في الفضاء تتمتع بجاذبية قوية، حيث لا يستطيع حتى الضوء الهروب منها. ويعتقد أن الجاذبية القوية هي سبب الإشعاع الكثيف الناتج عن بعض الأجسام الفلكية.