นักดาราศาสตร์ได้ให้ไอน์สไตน์ขอบคุณสำหรับเครื่องมือที่นำกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลมาสู่สายตาไม่พบเลนส์ขยายที่ทรงพลังที่สุดตัวใดตัวหนึ่งบนโลก เลนส์นี้สร้างขึ้นจากดาว ก๊าซ และสสารมืด และอยู่ห่างจากโลกประมาณ 4 พันล้านปีแสง ในขณะที่นักดาราศาสตร์มองดูมัน พวกเขากำลังค้นหาเมล็ดของกาแลคซี่ที่กระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลเมื่อกว่า 13 พันล้านปีก่อน
เลนส์นี้รู้จักกันในชื่อ Abell 2744 ซึ่งเป็นมวลรวมของจักรวาลซึ่งมีกาแล็กซีสี่กลุ่มชนกันเพื่อสร้างการรวมตัวที่มหึมาซึ่งมีมวลประมาณ 2 พันล้านล้านดวงอาทิตย์( SN: 6/13/15, p. 32 ) แรงดึงดูดจากมวลมวลนั้นเปลี่ยนทิศทางของแสงใดๆ ที่พยายามจะลอดผ่านมา โค้งงอและโฟกัสไปที่แสงนั้น ทำให้เกิดภาพกาแลคซีที่ใหญ่และสว่างกว่าที่อยู่ไกลออกไปนอกกระจุกดาว
Abell 2744 มีประโยชน์ในฐานะเครื่องมือทางดาราศาสตร์เพราะจักรวาลเป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ
Albert Einstein ทฤษฎีดังกล่าวอธิบายว่าแรงโน้มถ่วง มวล อวกาศ และเวลาทำงานร่วมกันอย่างไรเพื่อสร้างจักรวาล เป็นรากฐานของความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับจักรวาล และสำหรับนักดาราศาสตร์ในปัจจุบัน ผลลัพธ์หลักสองประการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คือ พลังมวลในการโฟกัสแสงบวกกับระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่เกิดขึ้นเมื่อมวลเร่งความเร็ว—เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสำรวจจักรวาล เลนส์ยักษ์ในอวกาศคือแนวหน้าของความพยายามในการสำรวจต้นกำเนิดของกาแลคซี ในขณะเดียวกัน คลื่นความโน้มถ่วงที่เข้าใจยากสามารถเผยให้เห็นการชนกันที่มองไม่เห็นระหว่างซากของดาวฤกษ์ เช่น หลุมดำและดาวนิวตรอน
เลนส์และคลื่นความโน้มถ่วงไม่ใช่แนวคิดใหม่ ไอน์สไตน์รู้ดีว่าทฤษฎีของเขาบอกเป็นนัยว่าทั้งสองมีอยู่จริง ในปี 1937 Fritz Zwicky นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของ Caltech เสนอว่าควรพบเลนส์รอบกาแลคซีขนาดใหญ่บางแห่ง หลายทศวรรษผ่านไปก่อนที่เทคโนโลยีทางดาราศาสตร์จะตรวจสอบแนวคิดนั้น: จนกระทั่งปี 1979 นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบตัวอย่างในชีวิตจริงของเลนส์โน้มถ่วงในภาพซ้อนของควาซาร์ – เหลือบเห็นหัวใจที่ลุกโชติช่วงของดาราจักรคู่กัน ของไฟหน้าที่กำลังจะมาถึง
ไอน์สไตน์คำนวณว่าแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งจะขยายแสงของดาวฤกษ์ดวงอื่นที่อยู่ไกลออกไปได้อย่างไร แต่เขาให้เหตุผลด้วยว่าโอกาสที่จะได้เห็นดาวดวงหนึ่งมีน้อยมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การทดลองเลนส์โน้มถ่วงด้วยแสง ซึ่งเป็นหนึ่งในหลายความพยายามในการตรวจจับวัตถุท้องฟ้าที่เคลื่อนที่อยู่ข้างหน้าดาวฤกษ์ในดาราจักรได้บันทึกเหตุการณ์ที่เป็นไปได้ประมาณ 2,000 เหตุการณ์ต่อปี
Richard Ellis นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จาก European Southern Observatory ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี กล่าวว่า “เป็นเรื่องน่าขบขันที่เลนส์ในปัจจุบันได้รับการเคารพอย่างมาก “ฉันโตพอที่จะจำตอนที่มันดูประหลาดๆ หน่อยๆ ได้”
ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา
การใช้เลนส์เพื่อศึกษาสิ่งต่างๆ ทุกประเภท เลนส์ใกล้เคียงบางดวงที่หลอมจากดาวฤกษ์เดี่ยวได้เผยให้เห็นดาวเคราะห์ในดาราจักรของเรา รวมทั้งเด็กกำพร้าสองสามคนที่ล่องลอยผ่านทางช้างเผือกโดยไม่มีดวงอาทิตย์ที่จะเรียกว่าบ้าน ( SN: 4/4/15, p. 22 ) เลนส์อื่นๆ เช่น Abell 2744 ให้นักดาราศาสตร์มองข้ามจักรวาลเพื่อดูกาแล็กซีที่เติบโตขึ้นในเอกภพยุคแรก
เมล็ดพันธุ์แห่งกาแล็กซีสมัยใหม่
กล้องโทรทรรศน์มองย้อนกลับไปในอดีต แสงจากสถานที่ที่ห่างไกลที่สุดเดินทางเกือบตลอดประวัติศาสตร์ 13.8 พันล้านปีของจักรวาล ในขณะที่นักดาราศาสตร์ค้นหากาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไป (และย้อนเวลากลับไปในอดีต) พวกเขาหวังว่าจะพบเมล็ดพืชของสิ่งที่กลายเป็นกาแลคซีสมัยใหม่ในที่สุด อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว มีเพียงกาแลคซีที่สว่างผิดปกติเท่านั้นที่สามารถตรวจพบได้ในระยะทางดังกล่าว
ทุกสิ่งที่มองเห็นจนถึงสุดขอบจักรวาลนั้นสว่างที่สุด ใหญ่ที่สุด และบ้าคลั่งที่สุดในเวลานั้น” เจนนิเฟอร์ ลอตซ์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์กล่าว แม้ว่ากาแล็กซีของเรา “ไม่ได้ใหญ่โตและบ้าคลั่ง มันเป็นเรื่องปกติมากขึ้น” หากต้องการค้นหาดาราจักรรุ่นก่อนที่ดูคลาสสิกและฉูดฉาดน้อยกว่านั้น ต้องใช้แว่นขยายขนาดใหญ่จริงๆ
ลอตซ์กำลังดำเนินการเป็นเวลาสามปีที่เรียกว่าโครงการ Frontier Fieldsเพื่อจ้องมองกระจุกขนาดใหญ่หกกลุ่มด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และออกล่าเมล็ดพันธุ์ของกาแลคซีที่คล้ายกับของเรา มีการวิเคราะห์กลุ่มสี่กลุ่ม อีกสองคนที่เหลือกำลังอยู่ภายใต้การพิจารณา
ขณะมองดูกระจุกดาราจักร Abell 2744 นักดาราศาสตร์เพิ่งพบหนึ่งในดาราจักรที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่รู้จัก ซึ่งเป็นดาราจักรอายุน้อยที่เติบโตขึ้นหลังจากบิกแบงประมาณ 500 ล้านปี ดาราจักรปรากฏเป็นรอยเปื้อนสีแดงจางๆ — หรือมากกว่าสามรอยเปื้อน — เมื่อแสงของมันเคลื่อนผ่านหลายเส้นทางผ่านกระจุกดาว กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลนี้มีขนาดเล็กและหนาแน่น บีบมวลประมาณ 40 ล้านดวงอาทิตย์ให้เป็นลูกบอลที่มีความกว้างหลายร้อยปีแสง มันเป็นจุดสีซีดเมื่อเทียบกับทางช้างเผือก ภาพเหล่านี้เพิ่มเข้าไปในสมุดภาพของนักดาราศาสตร์ว่ากาแล็กซีเติบโตอย่างไรในประวัติศาสตร์ของเอกภพ
โครงสร้างของกาแล็กซีไม่ได้เป็นเพียงสิ่งเดียวที่อยู่เบื้องหลังเลนส์เหล่านี้ ในเดือนมีนาคม นักวิจัยประกาศว่าพวกเขาเห็นซุปเปอร์โนวาตัวเดียวกันระเบิดไม่ครั้งเดียวแต่ถึงสี่ครั้ง ( SN Online: 3/5/15 )
“ฉันไม่ได้คาดหวังว่าจะได้เห็นสิ่งนั้นเลย” ลอตซ์กล่าว “เราโชคดีมาก ช่วงเวลานั้นสมบูรณ์แบบ”
