علوم كونية – العدسة التثاقلية Gravitational lensing

العدسات التثاقلية Gravitational lensing

  نعيش في هذا الكون الغامض ونحن نعتقد بأن مانراه بأم عيننا هو الحقيقة , لنكتشف لاحقاً بأن أعيننا لا تصدقنا دوما , وما كنا نراه واقعا وحقيقةً منذ لحظات ,ما هو إلا وهم وسراب وخداع بصري!؟ وغلاف مزيف لظواهر لم تكن ظاهرة لنا ولم نكن قادرين على إدراكها أبدا في حال اعتمدنا فقط على أعيننا المجردة في إدراك الوقائع المحيطة.
العدسة التثاقلية

ماهي العدسات التثاقلية :
أشارت نظرية اينشتاين النسبية إلى قدرة الكتل الكبيرة نسبيا على حرف مسار الضوء – العلاقة بين الكتلة والفوتونات. وبالتالي ,فإنه يمكن لكتلة كبيرة جداً أن تلعب – عبر ثقالتها – دور يشبه دور العدسة فتحرف الأشعة الضوئية الصادرة عن الأجسام المضيئة عن مساراتها , مسببة بذلك تشوه أو تضخيم أو مضاعفة الجسم الأصلي المصدر لتلك الأشعة الضوئية (خداع بصري).
لتوضيح هذه الظاهرة بشكل أفضل ,دعونا نتخيل وجود كتلة مضيئة كبيرة مثل نجم , أو مجرة galaxy , أو حتى كوازار- نجم كبير جداً  – يقبع في مكان بعيد جدا عن الأرض (لنقل 10 بليون سنة ضوئية ) . وحتى تكون تخيلاتنا محددة وواضحة أكثر , دعونا نتخيل بأن تلك الكتلة المضيئة هي بمثابة كوارز.  في الحالة التي يتواجد فيها خط نظر مباشر بيننا وبين ذلك الكوازار – أي لا توجد أي عوائق تفصلنا عن النظر مباشرة إليه – عندها فإننا نر صورة وحيدة لذلك الكوازار. أما في حال اعترضت مجرة ذات كتلة ضخمة (أو تجمع من المجرات ) خط النظر المباشر بيننا وبين ذلك الكوازار , عنده سينحني الضوء بسبب حقل الجاذبية المحيط بتلك المجرة ( انظر إلى الشكل أدناه ) . تدعى تلك الظاهرة السابقة بالعدسة التثاقلية ” gravitational lens” , واتت هذه التسمية لأن المجرة الدخيلة قد لعبت إلى حد ما دوراً مشابهاً للدور الذي تلعبه العدسة في حرف وإعادة توجيه الأشعة الضوئية . ولكن لننظر الآن إلى الصورة مكتملةً : مالذي نتج لدينا في هذه الحالة بعد حرف كل الأشعة الضوئية الصادرة عن الكوازار؟؟
في هذه الحالة بدل من أن نر صورة وحيدة للكوازار , فإننا مفعول العدسة التثاقلية سيولد لنا عددا من الصور. وذلك لأننا فعليا نر ممددات الأشعة التي تصلنا للأرض , ولا نرالمصدر الفعلي للأشعة (الكوازار) .
إن الفعل السابق هو أشبه بالخداع البصري. فنحن نر الآن صورة وهمية لمجموعة من الكوازارات الغير موجودة فعليا , ولتبسيط تخينا للموضوع , دعونا نفترض بأن المجرة كانت متناظرة بالنسبة لخط النظر الواقع بين الأرض والكوازار, عندها سنر حلقة من الكوازارات !!
العدسة التثاقلية

أما في الحالة التي لا تقع فيها المجرة في مكان متناظر بالنسبة لخط النظر بين الأرض والكوازار – وهي الحالة المتوقعة – , عندها سيقع مساري الشعاعين الضوئيين المنحنيين على مسافات مختلفة حول المجرة (وذلك لأنه كلما اقترب الشعاع الضوئي من المجرة , ازداد تأثير الحقل الثقالي عليه , وبالتالي ازداد مقدار انحناء الشعاع) . مما يسبب تشكل صور توأميه للكوازار الأصلي ولكن على مسافات مختلفة بعيدا عنه.
العدسة التثاقلية
ولتبسيط دراسة الموضوع سنقوم بما يلي:
بما أن البعد بين كل كتلة من الكتل السابقة كبير جداً,لذلك فإنه يمكن مقاربة كتلة المجرة التي تلعب الدور التخريبي السابق – حرف الضوء- بكتلة نقطية , وبالتالي فإنه يمكن باستخدام معلومات هندسية بسيطة (عن طريق معرفة كتلة المجرة , وبعد المجرة وكل من الصورتين الوهميتين) تقييم المسافة الفعلية عن الكوازار الحقيقي.
برمجياً
وقد قمنا فعليا بتنجيز مشروع برمجي ثلاثي الأبعاد يقوم على محاكاة ظاهرة السراب الكوني السابقة , والصورة ادناه (تم أخذها من المشروع البرمجي) تمثل إحدى الحالات التي من الممكن أن تولدها ظاهرة العدسة التثاقلية وذلك بالنسبة لمنظومة مؤلفة من :
1– منبع بعيد للضوء (نجم أو مجرة أو كوازار).
2– كتلة تعترض هذا الضوء و تقوم مقام العدسة (أي جسم له كتلة كبيرة من كوكب إلى ثقب أسود).
3– راصد على الأرض.
4– الفضاء الذي تنغمر فيه هذه الأشياء الثلاثة.
(العناصر السابقة تشكل العناصر الأساسية لأي نظام عدسي تثاقلي)
العدسة التثاقلية
حيث قمنا في هذا المشروع بنمذجة ظاهرة انحراف الأشعة الضوئية بفعل الثقالة , وإيضاح تأثير العاملين الأساسيين في الإنحراف ألا و هما مقدار بعد الأشعة الضوئية عن الكتلة , بالإضافة إلى مقدار هذه الكتلة .

ما هو الدور الفعال الذي تلعبه العدسات التثاقلية؟
يمكن أن يلقي تحليل هذه الصورة ضوءاً على كل من الجرم الخلفي و على العدسة نفسها.
وكل شيء له كتله يمكن أن بقوم مقام عدسة (ثقب اسود على سبيل المثال) , فليس من الضروري أن يصدر ضوءاً خاصاً بذاته و لهذا السبب فإن المفعول العدسي التثاقلي هو إحدى الطرائق القليلة التي تسمح للفلكيين برسم خريطة للمادة المعتمة غير المرئية في الكون.

ماذا عن مستقبل العدسات التثاقلية؟
بالرغم من ان ظاهرة العدسة التثاقلية لا تزال في مراحل طفولتها –ان جاز التعبير- ولكنها استطاعت ان تجعل من نفسها أداة فلكية فعالة ,وقد لاقت فعليا نجاحا ملحوظا. فقد كانت لها مساهمتها في مجالات مختلفة باعتبارها بمثابة مقياس مسافة مستخدم في علم الكون cosmology ,بالإضافة إلى كشفها النقاب عن كم كبير من الكتل والأجسام الموجودة في المادة المعتمة التي تملأ الكون dark matter , إيضاح ظاهرة السراب الكوني أو الخداع البصري الذي تسببه تجمعات المجرات أو الكتل الضخمة الموجودة في الفضاء , توضيح عدد من النقاط المتعلقة ببنيةالمجرات.
وبالنظر إلى النجاحات التي حققها كشف ودراسة هذه الظاهرة في الماضي القريب , فإنه من المتوقع أن تشهد ظاهرة العدسات التثاقلية مستقبلاً مضيئاً أكثر من حيث دراستها بشكل مسهب أكثر من ذي قبل بالإضافة إلى الظواهر التي من المتوقع أن تكشفها لنا عن هذا الكون الغامض الذي لا نزال لحد الآن نجهل عنه الكثير…

شرح بعض الكلمات
كوازار :

الكوازار أو شبيه النّجم عبارة عن مصدر فلكي للطاقة الكهرومغناطيسية ، بما فيها الضوء ، هذه الطاقة تخفف من الطاقة الناتجة عن أكثر النجوم لمعانا . يمكن للكوازار ان ينتج الطاقة بمستويات مساوية لناتج مئات من المجرات المتوسطة مجتمعة . يبدو الكوازار في المرقابات البصرية (التلسكوبات البصرية) كنجم باهت (أي أنه يشكل مصدر نقطي للطاقة ) .

مع خالص تمنياتي لكم بالمتعة والفائدة , وبانتظار تعليقاتكم وردودكم لنسهم معاً في توسيع نقاش الموضوع أكثر وطرحه بشكل معمق ومسهب أكثر من هذه اللمحة المختصرة

وإلى أن ألقاكم في موضوع لاحق بإذن الله , استودعكم الله والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته

الـمـراجـع:
http://casswww.ucsd.edu/public/tutorial/GLens.html : 1
University of California, San Diego Center for Astrophysics & Space Sciences : 2
http://astro.berkeley.edu/~jcohn/lens.html : 3
NEW TECHNIQUE MAY HELP FIND MISSING MASS IN THE GALAXY http://researchnews.osu.edu/archive/gravlen2.htm : 4
Gravitational Lensing in Astronomy Joachim Wambsganss Astrophysikalisches Institut Potsdam An der Sternwarte 16 14482 Potsdam Germany jwambsganss@aip.de : 5
http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-1998-12/ : 6
Advertisements

, , , , , , , , , , ,

  1. أضف تعليق

اترك رد

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

%d مدونون معجبون بهذه: