เครดิตรูปภาพ: SDSS
เลนส์ความโน้มถ่วงเกิดขึ้นเมื่อแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไปเช่นควาซาร์นั้นถูกบิดเบือนโดยแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่อยู่ใกล้กว่า นักดาราศาสตร์ค้นพบเพียงเลนส์ดังกล่าวซึ่งการบิดเบือนนั้นยอดเยี่ยมมากพวกมันต้องเกิดจากสสารมืดจำนวนมาก - วัตถุที่มองเห็นได้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถรับผิดชอบได้ สสารมืดทำนายโดยอิทธิพลโน้มถ่วงต่อกาแลคซีและดวงดาวในจักรวาล แต่จนถึงขณะนี้นักดาราศาสตร์ยังไม่แน่ใจว่ามันคืออะไร ไม่ว่าจะเป็นเรื่องปกติที่เย็นเกินกว่าจะมองเห็นได้จากโลกหรือเป็นอนุภาคแปลกใหม่
นักวิทยาศาสตร์สำรวจท้องฟ้าของ Sloan ได้ค้นพบควาซาร์ที่มีแรงโน้มถ่วงด้วยการแยกที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยบันทึกมาและตรงกันข้ามกับความคาดหวังพบว่าสี่ของควาซาร์ที่ส่องสว่างที่สุดที่อยู่ไกลที่สุด
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein ทำนายว่าแรงดึงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่สามารถทำหน้าที่เป็นเลนส์โค้งงอและบิดเบือนแสงของวัตถุที่อยู่ห่างไกล โครงสร้างขนาดใหญ่ที่อยู่ระหว่างควาซาร์ไกลโพ้นและโลกสามารถ "เลนส์" แสงของควาซาร์ทำให้ภาพสว่างขึ้นอย่างมากและสร้างภาพหลายภาพของวัตถุหนึ่งชิ้น
ในบทความที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร NATURE ฉบับวันที่ 18/25 ธันวาคมทีมสำรวจสโลนดิจิตอลสกาย (SDSS) นำโดยมหาวิทยาลัยโตเกียวนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Naohisa Inada และ Masamune Oguri รายงานว่าสี่ควาซาร์ใกล้กันจริง จากหนึ่งควาซาร์แยกออกเป็นสี่ภาพโดยใช้เลนส์แรงโน้มถ่วง
มากกว่า 80 ควาซาร์เลนส์ที่มีแรงโน้มถ่วงได้ถูกค้นพบตั้งแต่ตัวอย่างแรกถูกค้นพบในปีค. ศ. 1979 หนึ่งในสิบของควาซาร์เลนส์แบบแคตตาล็อกคือการค้นพบ SDSS ซึ่งครึ่งหนึ่งเป็นผลงานของ Inada และทีมของเขา
แต่สิ่งที่ทำให้การค้นพบครั้งล่าสุดนี้น่าทึ่งมากคือการแยกระหว่างภาพทั้งสี่มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของภาพควาซาร์ที่มีแรงโน้มถ่วง จนกว่าการค้นพบควาซาร์เลนส์แบบสี่เท่านี้การแยกที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักกันในควาซาร์ที่มีเลนส์แรงโน้มถ่วงคือ 7 อาร์ควินาที ควาซาร์พบโดยทีม SDSS อยู่ในกลุ่มดาวราศีสิงห์ไมเนอร์; ประกอบด้วยสี่ภาพคั่นด้วย 14.62 arcseconds
เพื่อที่จะสร้างการแยกขนาดใหญ่เช่นนี้ความเข้มข้นของสสารที่เพิ่มขึ้นกับเลนส์ต้องสูงเป็นพิเศษ มีกลุ่มกาแลคซีอยู่เบื้องหน้าของเลนส์ความโน้มถ่วงนี้ สสารมืดที่เกี่ยวข้องกับกระจุกดาวต้องรับผิดชอบในการแยกตัวใหญ่อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน
“ การสำรวจเพิ่มเติมที่ได้รับจากกล้องโทรทรรศน์ Subaru 8.2 เมตรและกล้องโทรทรรศน์เคกยืนยันว่าระบบนี้เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงแน่นอน” อินาดะอธิบาย “ Quasars แยกสิ่งนี้มากโดยการใช้เลนส์ความโน้มถ่วงคาดการณ์ว่าหายากมากและสามารถค้นพบได้ในการสำรวจขนาดใหญ่เช่น SDSS เท่านั้น”
โอกุริกล่าวเสริม:“ การค้นพบเลนส์ความโน้มถ่วงกว้างหนึ่งตัวจากกว่า 1,000 ควาซาร์ SDSS ที่สำรวจจนถึงปัจจุบันนั้นสอดคล้องกับความคาดหวังเชิงทฤษฎีของแบบจำลองที่เอกภพถูกครอบงำโดยสสารมืดเย็นยะเยือก สิ่งนี้นำเสนอหลักฐานที่แข็งแกร่งเพิ่มเติมสำหรับรุ่นดังกล่าว” (สสารมืดเย็นซึ่งแตกต่างจากสสารมืดร้อนก่อตัวเป็นก้อนแน่น ๆ ซึ่งเป็นสาเหตุของเลนส์ความโน้มถ่วงชนิดนี้)
“ เลนส์ความโน้มถ่วงที่เราค้นพบจะเป็นห้องปฏิบัติการที่เหมาะสำหรับการสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มองเห็นและสสารมืดที่มองไม่เห็นในเอกภพ” โอกุริอธิบาย
ในกระดาษแผ่นที่สองที่จะตีพิมพ์ใน Astronomical Journal ในเดือนมีนาคม 2004 ทีมที่นำโดย Gordon Richards แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันใช้ความละเอียดสูงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อตรวจสอบสี่ควาซาร์ที่รู้จักกันดี .
การมองไปในระยะทางไกลในทางดาราศาสตร์คือการย้อนเวลากลับไป ควาซาร์เหล่านี้จะเห็นได้ในเวลาที่จักรวาลน้อยกว่าร้อยละ 10 ของอายุปัจจุบัน ควาซาร์เหล่านี้ส่องสว่างอย่างมากและคาดว่าจะถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำขนาดมหึมาที่มีมวลหลายพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ นักวิจัยกล่าวว่ามันเป็นความลึกลับที่แท้จริงว่าหลุมดำขนาดใหญ่นั้นน่าจะก่อตัวได้เร็วแค่ไหนในจักรวาล แต่ถ้าวัตถุเหล่านี้มีเลนส์ความโน้มถ่วงนักวิจัย SDSS จะสรุปความส่องสว่างที่มีขนาดเล็กลงอย่างมากและดังนั้นจึงมีมวลหลุมดำทำให้ง่ายต่อการอธิบายการก่อตัวของมัน
“ ยิ่งไกลออกไปเท่าไหร่ควาซาร์ก็จะยิ่งมีกาแลคซีอยู่ระหว่างมันกับผู้ชม นี่คือเหตุผลที่เราคาดว่าควาซาร์ที่อยู่ไกลที่สุดจะได้รับเลนส์” นักวิจัย SDSS Xiaohui Fan จากมหาวิทยาลัยแอริโซนาอธิบาย อย่างไรก็ตามในทางตรงกันข้ามกับความคาดหวังไม่มีหนึ่งในสี่ที่แสดงเครื่องหมายของภาพหลายภาพที่เป็นจุดเด่นของเลนส์
“ ควาซาร์เพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ได้รับการปรับเลนส์ด้วยแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตามควาซาร์ความสว่างนี้หาได้ยากมากในจักรวาลที่ห่างไกล เนื่องจากเลนส์ทำให้เกิดควาซาร์จะดูสว่างขึ้นและง่ายต่อการตรวจจับเราจึงคาดว่าควาซาร์ไกลโพ้นของเราจะเป็นเลนส์ที่น่าจะเป็นเลนส์มากที่สุด” Zoltan Haiman จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียแนะนำ
“ ความจริงที่ว่าควาซาร์ไม่ได้มีเลนส์นั้นบอกว่านักดาราศาสตร์ต้องใช้ความคิดอย่างจริงจังว่าควาซาร์จะมีมวลของดวงอาทิตย์สองสามพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นน้อยกว่าหนึ่งพันล้านปีหลังจากบิกแบง” ริชาร์ดส์กล่าว “ ตอนนี้เรากำลังมองหาตัวอย่างของควาซาร์ระดับสูงสีแดงใน SDSS เพื่อให้นักทฤษฎีหลุมดำมวลมหาศาลยิ่งขึ้นมาอธิบาย”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว SDSS
