Σάββατο, 12 Δεκεμβρίου 2015

Βαρυτικοί Φακοί: Οφθαλμαπάτες στο Διάστημα

Γράφει η Αστροφυσικός Ελένη Χατζηχρήστου


Εικ.1: Βαρυτικός φακός. Το (μπλέ) δαχτυλίδι δεν είναι τίποτα άλλο παρά η στρεβλωμένη εικόνα ενός μακρινού, αόρατου σε εμάς, γαλαξία από το βαρυτικό πεδίο του κοντινότερου (λευκού) γαλαξία, που τυχαίνει να βρίσκεται στην ίδια ευθεία παρατήρησης. (A. Bolton (UH/IfA) for SLACS and NASA/ESA)

Μια οφθαλμαπάτη που διαδραματίζεται στο αχανές διάστημα, σε απόσταση χιλιάδων ετών φωτός, έχει πάρει το όνομα «βαρυτικοί φακοί» Το φαινόμενο ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά το 1970 και είναι ένα σχετικά σπάνιο φαινόμενο προοπττικής: όταν δυο γαλαξίες στο διάστημα, που στην πραγματικότητα βρίσκονται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους, βρεθούν κατά τύχη ευθυγραμμισμένοι σε σχέση με τον γήινο παρατηρητή, το βαρυτικό πεδίο του κοντινότερου γαλαξία στρεβλώνει την εικόνα του μακρινότερου, δημιουργώντας φωτεινά τόξα ή ένα φωτεινό δακτυλίδι. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν προέβλεψε αυτό το φαινόμενο που συνάδει με την Θεωρία της Σχετικότητας το 1930, γι’αυτό και η στρεβλωμένη εικόνα ονομάζεται «δακτυλίδι Αϊνστάιν». Αυτό που είναι ακόμη πιο σημαντικό, είναι οτι το φως του μακρινού γαλαξία όχι μόνο στρεβλώνεται αλλά και ενισχύεται μέχρι και 30 φορές περισσότερο, κάτι που είναι χρησιμότατο στους αστροφυσικούς αφού με αυτό τον τρόπο μπορούν να ανιχνεύσουν μακρινούς αμυδρούς γαλαξίες που αλλοιώς θα παρέμεναν «αόρατοι» στα γήινα τηλεσκόπια.

Μεγάλες επισκοπήσεις του ουρανού έχουν την δυνατότητα να ανιχνεύσουν φαινόμενα βαρυτικών φακών στο Σύμπαν. Υπολογίζεται οτι σε όλο τον παρατηρήσιμο από τη Γη ουρανό υπάρχουν μέχρι και ένα εκατομμύριο βαρυτικοί φακοί. Μια πρόσφατη επισκόπηση του ουρανού, το Sloan Lens ACS (SLACS),  που πραγματοποιήθηκε με τηλεσκόπιο 2.5 μέτρων εγκαταστημένο στο Νέο Μεξικό των ΗΠΑ, μέτρησε τις ακριβείς αποστάσεις ενός εκατομμυρίου μακρινών γαλαξιών, ανακαλύπτοντάς ανάμεσά τους περί τα 70 φαινόμενα βαρυτικών φακών. Στη συνέχεια οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την κάμερα ACS του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble για να φωτογραφήσουν με κάθε λεπτομέρεια τα σπάνια αυτά αντικείμενα.
 
 Εικ.2: Μερικοί από τους βαρυτικούς φακούς που ανακαλύφθηκαν από την επισκόπηση του ουρανού SLACS (NASA / ESA / A. BOLTON / SLACS TEAM)


Η μέτρηση του μεγέθους ενός δακτυλιδιού Αϊνστάιν και των αποστάσεων των δυο γαλαξιών, μπορεί να οδηγήσει στον προσδιορισμό της μάζας του κοντινού γαλαξία με μεγάλη ακρίβεια. Γνωρίζοντας, στη συνέχεια, την μάζα, την λαμπρότητα, το μέγεθος και την κίνηση των άστρων του γαλαξία, μπορούμε να υπολογίσουμε την σκοτεινή ύλη που περιέχει, που όπως γνωρίζουμε είναι συντριπτικά μεγαλύτερη από την φωτεινή ύλη (άστρα, αέριο).
Η μέθοδος αυτή οδήγησε τους επιστήμονες στο εκπληκτικό συμπέρασμα οτι το ποσοστό σκοτεινής ύλης είναι τόσο μεγαλύτερο όσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα του γαλαξία, κάτι που δεν μπόρεσαν ακόμη να εξηγήσουν επαρκώς. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα δημοσιευθούν σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά αυτό το φθινόπωρο. 

Μια ακόμη πρόσφατη σημαντική επισκόπηση με την επωνυμία COSMOS, που κάλυψε 1.6 τετραγωνικές μοίρες ουρανού, ανακάλυψε 67 νέους βαρυτικούς φακούς που βρίσκονται κοντά σε γαλαξίες πολύ μεγάλης μάζας με γηραιούς πληθυσμούς άστρων και ελάχιστο αέριο ή νεογέννητα άστρα. Η νέα αυτή ανακάλυψη καταδεικνύει οτι το Σύμπαν σφύζει από τέτοια φαινόμενα.
 
Εικ.3: Ένας από τους βαρυτικούς φακούς που ανακαλύφθηκε από την επισκόπηση του ουρανού COSMOS. (NASA/ESA/C. Faure/J.P. Kneib)

Μάλιστα σε ορισμένες περιπτώσεις ο βαρυτικός φακός δημιουργείται όχι από ένα αλλά από δύο μακρινούς γαλαξίες, που τυχαίνει να ευθυγραμμίζονται με τον κοντινό γαλαξία ως προς τον γήινο παρατηρητή. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στην αρχή του χρόνου φωτογράφησε για πρώτη φορά αυτό το μοναδικό φαινόμενο, που έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός διπλού δακτυλιδιού Αϊνστάιν. Ο κοντινός γαλαξίας βρίσκεται σε απόσταση 3δισεκατομμυρίων ετών φωτός και οι δύο μακρινοί σε αποστάσεις και 11 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Από τα δεδομένα αυτά μπορούμε να εξάγουμε εκτός από τη μάζα του κοντινού γαλαξία, πληροφορίες και για την σκοτεινή ύλη, την σκοτεινή ενέργεια, ακόμη και την καμπυλότητα του Σύμπαντος. Είναι δε εκπληκτικό, όπως τονίζουν οι επιστήμονες, οτι η πιθανότητα να ανακαλύψουμε αυτό το φαινόμενο στον ουρανό τυχαία είναι μόλις μία στις 10 χιλιάδες!
 
Εικ.4: Ο διπλός βαρυτικός φακός SDSSJ0946+1006 που ανακαλύφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. (NASA/ESA/R. Gavazzi and T. Treu/SLACS team)


 telescopeshop.gr