محتويات
- تعريف عدسة الجاذبية
- اكتشاف أول عدسة للجاذبية
- أهمية عدسة الجاذبية
- أمثلة على عدسة الجاذبية
- كيف تحدث ظاهرة عدسة الجاذبية
- أنواع عدسة الجاذبية
- عدسة الجاذبية القوية
- عدسة الجاذبية الضعيفة
- عدسة الجاذبية الصغيرة
- نظرية أينشتاين في الجاذبية
تعريف عدسة الجاذبية
هي تأثير يتسبب في حدوث تغيير في اتجاه مسار الضوء بسبب انحناء الفضاء في مجال جاذبيته، كما يسبب في تغيير اتجاه حركة الضوء، وهي تأثير مشابه للتأثير الذي تسببه العدسة، لهذا سميت بعدسة الجاذبية، عندما يتم أخذها إلى أقصى الحدود، يمكن للجاذبية أن تخلق بعض التأثيرات المرئية المثيرة للاهتمام التي يتناسب معها هابل جيدًا للرصد، كما تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين كيف تشوه تركيزات الكتلة الفضاء المحيط بها، حيث يمكن أن تحدث عدسة الجاذبية عندما تخلق كمية هائلة من المادة، مثل مجموعة من المجرات.
مجال الجاذبية يشوه ويكبر الضوء من المجرات البعيدة الموجودة خلفها ولكن في نفس خط الرؤية، حيث التأثير يشبه النظر من خلال عدسة مكبرة عملاقة، كما يسمح للباحثين بدراسة تفاصيل المجرات المبكرة البعيدة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالتكنولوجيا والتلسكوبات الحالية، كما يمكن للأجسام الأصغر مثل النجوم الفردية، كما تعمل أيضًا كعدسات جاذبية عندما تمر أمام نجوم بعيدة لبضعة أيام أو أسابيع .
يظهر الضوء القادم من النجم الأبعد مؤقتًا أكثر سطوعًا لأنه يتم تضخيمه بواسطة جاذبية الجسم الأقرب، كما يُعرف هذا التأثير باسم الجاذبية الدقيقة، حيث يحدث أبسط نوع من عدسات الجاذبية عندما يكون هناك تركيز واحد للمادة في المركز مثل اللب الكثيف لمجرة، كما يتم إعادة توجيه ضوء مجرة بعيدة حول هذا المركز، وغالبًا ما ينتج صورًا متعددة لمجرة الخلفية، وعندما يقترب العدسة من التناظر المثالي حيث يتم إنتاج دائرة كاملة أو شبه كاملة من الضوء، وتسمى حلقة أينشتاين .
تنشأ عدسات الجاذبية الأكثر تعقيدًا في ملاحظات مجموعات المجرات الضخمة، في حين أن توزيع المادة في العنقود المجري له مركز بشكل عام، فإنه لا يكون متماثلًا دائريًا أبدًا ويمكن أن يكون متكتلًا بشكل كبير، حيث تتأثر المجرات الخلفية بالعنقود وغالبًا ما تظهر صورها على شكل أقواس قصيرة رفيعة حول أطراف التجمع، حيث تعمل هذه الصور العدسية أيضًا كمجسات لتوزيع المادة في العنقود المجري، كما تشير النتائج إلى أن معظم المادة الموجودة في العنقود المجري ليست في المجرات المرئية أو الغاز الساخن المحيط بها ولا ينبعث منها ضوء، وبالتالي تسمى المادة المظلمة.
يعكس توزيع الصور العدسية توزيع كل المادة، المرئية منها والمظلمة، حيث تم استخدام صور هابل لعدسات الجاذبية لإنشاء خرائط للمادة المظلمة في مجموعات المجرات، وفي المقابل تساعد خريطة المادة الموجودة في مجموعة المجرات على توفير فهم وتحليل أفضل للصور ذات العدسة الجاذبية، حيث يمكن أن يساعد نموذج توزيع المادة في تحديد صور متعددة لنفس المجرة أو التنبؤ بالمكان الذي من المحتمل أن تظهر فيه المجرات الأبعد في صورة مجموعة المجرات، كما يعمل علماء الفلك بين عدسات الجاذبية وتوزيع المادة العنقودية لتحسين فهمنا لكليهما.[1][2]
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 لاستخلاص استنتاجات حول النجوم والكواكب الأخرى، حيث يعمل النجم الأمامي كعدسة للنجم الخلفي، لذلك عندما يكون النجم الأمامي ساطعًا، حيث يمكن تحديد ما إذا كانت هناك كواكب أو أي جرم سماوي خلفها أم لا، كما تساعد عدسة الجاذبية علماء الفلك على فهم توزيع المادة المظلمة في الكون، كما تساعد عدسات الجاذبية القوية في تحديد المجرات البعيدة التي كانت موجودة في الماضي، وهذا يساهم في دراسة وتطور الكون على مدى ملايين السنين.[2]
أمثلة على عدسة الجاذبية
الكتلة الكروية (توسكانا)، إذا نظرنا إلى صورتها نجد أنها تبعد 13.40 سنة ضوئية، ويبدو لنا أن قطره لا يتجاوز قطر قمرنا، لكنه في الحقيقة يغطي مساحة تعادل 120 سنة ضوئية في السماء هذه الصورة هي بلا شك نجم خارق له جاذبيته أكبر بمليار مرة من جاذبية شمسنا هذه الصور، وهي التي تبدو لنا على أنها نجوم وهي صور متحولة جاذبيًا للنجوم الموجودة خلف النجم داخل قمع الشاشات المتعددة خلفه.
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.
هذا يحول كل صورة إلى حركة دورانية عشوائية وغير متزامنة، كما نراها في المجرات وفي الصور المجمعة لهذه العناقيد الكروية، حيث نجد أن ضوءها يتحول إلى اللون الأحمر بالنسبة للنجوم الفردية في مجرة درب التبانة، حيث أن هذا الاحمرار هو وصفة لعمرها.
كيف تحدث ظاهرة عدسة الجاذبية
تحدث هذه الظاهرة عندما تكون هناك مجموعة مركزة من المادة في المركز، مثل المركز الكثيف للمجرة، وتشكل مجال جاذبية يشوه ويكبر الضوء المنبعث من المجرات البعيدة خارج مجال الجاذبية، مما يتسبب في تغيير مسار الضوء التغيير أو الانحناء، مما تسبب في تشويه.
أنواع عدسة الجاذبية
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من عدسات الجاذبية، وهي مقسمة حسب قوتها، وفقًا للنمط الذي يحدد تركيز الأشعة الأصلية إلى:[3][2]
عدسة الجاذبية القوية
يحدث هذا عندما ينحرف الضوء المنبعث من مجرة بعيدة في اتجاهات متعددة بسبب التداخل من مجرة أخرى أو عنقود مجرة أخرى، ونرى صورًا متعددة لمصدر الضوء هذا، حيث أن هذا النوع من عدسات الجاذبية نادر جدًا، لكنه يساعدنا على فهم الجوانب العديدة التي يهتم البشر باكتشافها في هذا الكون الواسع. يوضح هذا بشكل أكبر معرفتنا بالمجرات والمادة المظلمة في الكون، كما يتحدث العلماء اليوم.
عدسة الجاذبية الضعيفة
يمكن وصف ذلك بتقنية تستخدم مجرات مشوهة بعيدة لتتبع المادة المظلمة.
عدسة الجاذبية الصغيرة
الطريقة الوحيدة المعروفة حاليًا هي البحث عن كواكب بعيدة عن الأرض على مسافات بعيدة جدًا، ويمكنها العثور على الكواكب الخارجية والتفوق على أي تقنية أخرى في قدرتها على العثور على الكواكب التي تبعد عنا بآلاف السنين الضوئية، وهي يمكنه العثور على كواكب ذات كتلة منخفضة، ويمكنه أيضًا العثور على كواكب بخصائص تحاكي خصائص الأرض.
ساعدت عدسة الجاذبية في العديد من الاكتشافات المهمة وكشفت العديد من أسرار الكون الشاسع، وما زالت حتى يومنا هذا محط أنظار 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.
تُظهر التجارب والملاحظات أن وصف أينشتاين للجاذبية يفسر العديد من التأثيرات غير المبررة لقانون نيوتن، مثل الانحرافات المدارية لعطارد والكواكب الأخرى. تنبأت النسبية العامة أيضًا بتأثيرات جديدة وغير عادية للجاذبية، مثل موجات الجاذبية، وعدسة الجاذبية، وتأثير الجاذبية على الوقت، والمعروف باسم تأخر الجاذبية الزمني، حيث تم تأكيد العديد من هذه التنبؤات من خلال التجارب، بينما لا يزال البعض الآخر موضوعًا للبحث المستمر.
على سبيل المثال في حين أن هناك أدلة غير مباشرة على وجود موجات الجاذبية، لا تزال هناك حاجة إلى دليل مباشر على وجودها من قبل عدة مجموعات من العلماء في تجارب مثل مشروع كمشروع ليغو ومشروع جيو 600،كما طور النسبية العامة كأداة مهمة في الفيزياء الفلكية الحديثة إنها تشكل أساس المفهوم الحديث للثقوب السوداء، مناطق من الفضاء ذات جاذبية قوية بحيث لا يستطيع حتى الضوء الهروب منها، حيث يُعتقد أن جاذبيتها القوية هي سبب الإشعاع الكثيف المنبعث من بعض أنواع الأجسام الفلكية
رد مع اقتباس
