اخترشناسان برای نخستین بار «زیگزاگ اینشتین» را مشاهده کردند

به گزارش فرادید، یک مطالعه جدید منشأ واقعی یک اختروش نورانی را فاش کرده که شش بار تکرار شده، چون نور آن در فضا-زمان از طریق پدیده‌ای که نخستین بار توسط آلبرت اینشتین پیش‌بینی شده بود، دارای مسیر زیگزاگی است. کارشناسان ادعا میکنند این نمایش نور غیرعادی می‌تواند به حل یکی از بزرگترین مسائل کیهان‌شناسی کمک کند. 

محققان برای نخستین بار از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای کشف نمونه‌ای واقعی از یک پدیده فرضی به نام «زیگ‌زاگ انیشتین» استفاده کردند، جایی که نور یک جسم در کیهان از دو ناحیه مختلف فضا-زمان پیچ‌خورده عبور می‌کند. به گفته کارشناسان، اثر تازه تأییدشده که میان شش نسخه مشابه از یک اختروش نورانی کشف شد، می‌تواند موضوعی را روشن کند که کیهان‌شناسی را به ستوه آورده است. 

سال ۲۰۱۸، اخترشناسان یک چهارگانه از نقاط درخشان یکسان را در فاصله میلیاردها سال نوری از زمین کشف کردند که بعدها J۱۷۲۱+۸۸۴۲ نام گرفت. ابتدا، دانشمندان فرض کردند این چهار نور، تصاویر آینه‌ای یک اختروش هستند (یک هسته درخشان کهکشانی که از یک سیاه‌چاله تغذیه نیرو می‌گیرد) که از طریق پدیده‌ای به نام «همگرایی گرانشی» تکرار شدند. 

همگرایی گرانشی زمانی اتفاق می‌افتد که نور یک جسم دور هنگام عبور از فضا-زمان پیچ‌خورده‌ای خم می‌شود که توسط گرانش عظیم یک جسم همگرا (معمولاً یک کهکشان یا خوشه‌ای از کهکشان‌های عظیم) بین جسم دور و ناظر، از شکل خارج شده است. این اثر پیچ‌خوردگی می‌تواند منبع نور اولیه را تکرار کند، زیرا نور مسیرهای مختلفی را اطراف جسم همگرا طی می‌کند یا نور را به هاله‌های نورانی گسترش می‌دهد که به نام حلقه‌های اینشتین به نام آلبرت انیشتین شناخته می‌شود، کسی که نخستین بار همگرایی گرانشی را با نظریه نسبیت عام خود در سال ۱۹۱۵ پیش‌بینی کرد. 

اما در یک مطالعه در سال ۲۰۲۲، محققان کشف کردند J۱۷۲۱ + ۸۸۴۲ دارای دو نقطه نوری اضافه غیر از چهارگانه اصلی و همچنین یک حلقه قرمز کمرنگ است. نقاط تازه کشف‌شده اندکی کم‌نورتر از چهار نقطه دیگر بودند و همین امر سبب شد محققان مشکوک شوند این نمایش نور یک جفت اختروش مجاور، معروف به اختروش باینری را نشان می‌دهد که سه بار تکرار شده است (نه یک اختروش منفرد که شش بار تکرار شده است). 

با این حال، در یک مطالعه جدید که روز ۸ نوامبر در سرور پیش‌چاپ arXiv آپلود شد، محققان J۱۷۲۱+۸۸۴۲ را با استفاده از داده‌های جدید تلسکوپ JWST تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند تمام شش نقطه نوری در واقع از یک اختروش واحد هستند. این تیم همچنین دریافتند که نقاط روشن تازه کشف‌شده اطراف شئ عظیم دومی دورتر از جسم اول قرار گرفته‌اند که مسئول حلقه ضعیف انیشتینی است که در تصاویر جدیدتر دیده می‌شود.

محققان پس از مشاهده منحنی‌های نور هر نقطه درخشان در طول دو سال، نشان دادند در مدت زمانی که طول میکشد تا دو تصویر تکراری ضعیف‌تر به ما برسند، تاخیر کمی وجود دارد، یعنی نور در این نسخه‌ها باید دورتر از چهار نقطه روشن دیگر حرکت کند. به احتمال زیاد دلیلش این است که نور در این تصاویر از طرف روبروی هر جسم همگرا (یعنی اطراف سمت چپ لنز اول و سمت راست لنز دوم) عبور می‌کند. 

تیم مطالعه این «پیکربندی همگرای بسیار نادر» را زیگ‌زاگ انیشتین نامیدند، زیرا نور برخی نقاط درخشان دارای دو همگراگر هنگام عبور از اطراف هر دو کهکشان همگراگر به جلو و عقب منحرف شده است. 

نجات کیهان‌شناسی

اجرام دارای همگراگر گرانشی، مانند حلقه‌های انیشتین، مورد توجه ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان هستند، زیرا نور پیچ‌خورده می‌تواند به آشکار کردن جرم کهکشان‌هایی که آن‌ها را همگرا کرده‌اند کمک کند. این، به نوبه خود، می‌تواند به افشای اسرار جهان مانند هویت مخفی ماده تاریک و اینکه چگونه انرژی تاریک سبب انبساط کیهانی می‌شود، کمک کند. 

JWST در یافتن این اجسام در نقاطی از جهان که قبلاً هرگز قادر به دیدن آن‌ها نبوده‌ایم کمک بسیاری کرده است. اما متأسفانه، این تلسکوپ پیشرفته اختلافاتی را هم برجسته کرده که در حال حاضر توضیحی برای آن‌ها نداریم. 

برای نمونه، اندازه‌گیری‌های تلسکوپ تأیید کرده که بخش‌های مختلف جهان با سرعت‌های متفاوت در حال انبساط هستند و این تهدیدی برای «نقض» درک ما از کیهان‌شناسی است. محققان از این مشکل به عنوان تنش هابل یاد می‌کنند. 

با این حال، محققان بر این باورند که زیگزاگ انیشتینی که به تازگی تایید شده می‌تواند به برطرف کردن این تنش کمک کند، زیرا پیکربندی منحصربه‌فرد آن به اخترشناسان این امکان را می‌دهد که دو چیز را در این منطقه از فضا به دقت اندازه‌گیری کنند: ثابت هابل (سرعتی که در آن انبساط کیهانی در حال شتاب است) و مقدار انرژی تاریک (نیروی نامرئی که سبب انبساط کیهان می‌شود). در حالت عادی، دانشمندان تنها می‌توانند ارقام دقیق را برای یکی یا دیگری تعیین کنند، اما برای درک واقعی انبساط کیهانی، دانش دقیق هر دو لازم است. 

توماس کولت، اخترفیزیکدان دانشگاه پورتسموث در بریتانیا که در این مطالعه شرکت نداشته، گفته که مطالعه زیگزاگ روشن می‌کند که آیا نرخ انبساط جهان با مدل کیهانی مطابقت دارد یا خیر. با این حال، ممکن است بیش از یک سال طول بکشد تا محققان ارقام مورد نیاز خود را از تصاویر درهم بدست آورند. بنابراین ممکن است مجبور شویم مدتی منتظر پاسخ بمانیم.»