تساعد نظرية أينشتاين في الانحناء العقلي العلماء على تحليل النجم الميت

أعلن علماء الفلك يوم الخميس أنهم استخدموا تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا لقياس كتلة جثة النجم مباشرة لأول مرة. ولكن هذا هو الدافع: لقد فعلوا ذلك من خلال الاستفادة من التأثير الكوني المثير للعقل المسمى بالعدسة الدقيقة للجاذبية ، والذي تنبأت به نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين منذ أكثر من قرن.

يمثل إنجاز هابل هذا أول مرة يتم فيها استخدام مثل هذا التأثير لقياس نجم منفرد غير شمسنا.

سأدخل في جزء العدسة الدقيقة في لحظة ، ولكن إليك بعض الإحصائيات السريعة حول القياسات التاريخية للقزم الأبيض.

بادئ ذي بدء ، اسمها LAWD 37. أدخل “oh lawd he Comin ‘” cat meme. آسف.

ثانيًا ، يبدو أن هذا الجسم النجمي الوحيد ، وهو النواة الفائقة الحارة لنجم محترق شبيه بالشمس ، يمثل 56٪ من كتلة شمسنا ، وفقًا لملاحظات هابل. هذا أمر مريح للغاية لأن هذا الرقم ، وفقًا لفريق البحث ، يتفق مع التوقعات النظرية السابقة حول LAWD 37 ويقوي العديد من نظرياتنا الحالية حول بنية القزم الأبيض وتكوينه. وفهم الأقزام البيضاء أمر حاسم لفهمنا للكون.

“الأقزام البيضاء تعطينا أدلة حول كيفية تطور النجوم – يومًا ما سينتهي نجمنا ليصبح قزمًا أبيض” ، هكذا قال بيتر ماكجيل ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز والمؤلف الرئيسي لدراسة حول القياسات المنشورة في الإخطارات الشهرية للرويال. وقالت الجمعية الفلكية في بيان.

لأن هذا القزم الأبيض على وجه الخصوص قريب جدًا منا على بعد حوالي 15 سنة ضوئية ، يوضح ماكجيل ، لدينا الكثير من البيانات عنه. “لكن القطعة المفقودة من اللغز كانت قياسًا لكتلتها.” لحسن الحظ ، لدينا الآن هذه القطعة أيضًا.

من هنا تأتي نظرية أينشتاين.

ما هو الجاذبية الدقيقة الدقيقة؟

منذ نشأتها في أوائل القرن العشرين ، ظل العلماء مفتونين تمامًا بنظرية ألبرت أينشتاين المذهلة للنسبية العامة – وهي فكرة تستقر على فرضية غريبة مفادها أن امتدادنا الكوني منسوج فيزيائيًا مع خيوط ملموسة من المكان والزمان.

لم يتم دحض النسبية العامة بعد ، على الرغم من عقود من الخبراء الذين حاولوا إيجاد ثغرة ، ولكنها تشرح أيضًا بعضًا من أغرب الأشياء التي تحدث في عالمنا. أشياء مثل الاصطدامات الثقب الأسود التي ترسل موجات الجاذبية يتردد صداها عبر الفضاء، والوقت يمر بشكل مختلف في مدار الأرض عنه في تربتها.

لكن أحد تأثيرات النسبية العامة المفضلة لدى علماء الفلك هو أن الضوء الموجود في الكون البعيد يبدو وكأنه ينحني ويلتوي ويلتوي عند السفر عبر وجود برك جاذبية شديدة ناتجة عن أجسام مضغوطة ضخمة مثل عناقيد المجرات. إنها تسمى عدسة الجاذبية – وعلى نطاق أصغر ، عدسة الجاذبية الدقيقة.

تعد عدسة الجاذبية ظاهرة مهمة لعلم الفلك لأن كل ما ينبعث من تلك الحزم الملتوية من الضوء (نجم ، على سبيل المثال) يمكن أن يظهر مكبّرًا لمراقب لن يكون قادرًا على رؤيته. على الجانب الآخر ، يمكنك استنتاج معلومات حول أي مادة تتسبب في تشوه أشعة الضوء من خلال العمل للخلف.

وهذا الأخير هو بالضبط ما استفاد منه ماكجيل وزملاؤه الباحثون.

للبدء ، استخدم علماء الفلك القمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية – وهو جهاز يحاول حاليًا إنشاء خريطة تفصيلية رائعة لمجرة درب التبانة – لمعرفة المكان الذي يجب أن يبحث فيه هابل عن LAWD 37 خلال حدث محتمل في الجاذبية الدقيقة.

ثم شاهدوا ضوءًا من نجم في الخلفية يمر خلف LAWD 37 ، وضوءه مشوه بواسطة نقطة اهتمام هابل.

اكتشف الفريق في النهاية المعلمات الحيوية لكيفية تغير ضوء نجم الخلفية في وجود LAWD 37 ، ومن خلال فن الاستنتاج ، تعلم نوع الكتلة النجمية التي ستؤدي إلى مثل هذه التغييرات. ها أنت ذا.

قال ماكجيل: “تسمح لنا دقة قياس كتلة LAWD 37 باختبار العلاقة بين الكتلة ونصف القطر للأقزام البيضاء”. “هذا يعني اختبار خصائص المادة في ظل الظروف القاسية داخل هذا النجم الميت.”

في عام 1919 ، بعد بضع سنوات فقط من نشر أينشتاين ورقة بحثية تحدد نظرية النسبية العامة ، استخدم اثنان من علماء الفلك البريطانيين هذا النوع من تأثير العدسة لرصد كتلة الشمس بالمثل أثناء كسوف الشمس. كانت تلك لحظة كبيرة لأنها كانت تعتبر أول دليل تجريبي للنسبية ، وفقًا لوكالة ناسا – لكن ظل من غير الواضح في ذلك الوقت ما إذا كان أي شخص سيكون قادرًا على “عدسة الجاذبية” مرة أخرى.

وقال ماكجيل “هذه الأحداث نادرة والتأثيرات ضئيلة”. “على سبيل المثال ، حجم تأثيرنا المقاس يشبه قياس طول السيارة على القمر كما يُرى من الأرض ، وهو أصغر بمقدار 625 مرة من التأثير الذي تم قياسه في كسوف الشمس عام 1919.”

للمضي قدمًا ، يريد الفريق الاستمرار في استخدام Gaia للتنبؤ بالوقت الذي يمكن أن تساعده أحداث الجاذبية الدقيقة المحتملة في الحصول على أكبر عدد ممكن من قياسات الكتلة النجمية. في الواقع ، يعمل باحث هابل الرئيسي والمؤلف المشارك للدراسة كايلاش ساهو بالفعل على مراقبة قزم أبيض آخر ، يُدعى LAWD 66 ، مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي الرائد التابع لناسا.

بالنظر إلى مدى قوة JWST ، لا أطيق الانتظار لرؤية المستوى التالي من العدسة الدقيقة للجاذبية تتكشف.