پنجمین جلسه از سمینارهای هفتگی دانشکده فیزیک دانشگاه دامغان در روز دوشنبه ۱۴ اردیبهشت ۱۳۹۴ ساعت ۱۴ در اتاق ۱۳۲ دانشکده فیزیک برگزار می شود:
ریزهمگرایی گرانشی و کاربردهای آن
یکی از نتایج نسبیت عام انیشتین این است که پرتوی نور در اثر عبور از میدان گرانشی یک جسم (عدسی) به اندازهی منحرف میشود که به آن همگرایی گرانشی می گویند. M جرم عدسی و b پارامتر برخورد است. اگر چشمه و عدسی هر دو ستاره باشند، از ستاره پس زمینه دو تصویر با فاصلهی جدایی از مرتبه چند صد میکرو ثانیه قوسی تشکیل میشود که با تلسکوپهای زمینی قابل تفکیک نیستند و به آن یک رویداد ریزهمگرایی گرانشی میگویند. ریزهمگرایی گرانشی روشنایی سطحی را تغییر نمیدهد، بنابراین ما تنها نور تقویت شده ستارهی چشمه را میبینیم که با حرکت ستارهی چشمه نسبت به عدسی میزان تقویت نور تغییر میکند. منحنی تقویت نور برحسب زمان را منحنی نوری میگویند. شکل (۱) یک نمونه منحنی نوری را نشان میدهد.
هدف اولیه رصد رویدادهای ریزهمگرایی گرانشی، مقید کردن کسری از هالهی کهکشان راه شیری متشکل از اجرام فشرده تاریک بود. به پیشنهاد پاچنسکی گروههای مختلفی از جمله EROS، MACHOsو OGLEتشکیل شدند و جستجوی ریزهمگرایی گرانشی درون ابرهای ماژلانی را شروع کردند. بعد از چند سال رصد به این نتیجه رسیدند که حد بالای کسر این اجرام فشرده درون هالهی کهکشان ۲۰ درصد است.
به کمک ریزهمگرایی گرانشی میتوان سیارات فراخورشیدی را نیز کشف کرد. فرض کنید عدسی یک سیستم سیارهای باشد، در این صورت اگر سیاره در راستای عبور نور تصاویر قرار بگیرد، مسیر آنها را منحرف میکند و در نتیجه یک اختلال در منحنی نوری ایجاد میشود. بنا براین با مشاهده اختلال در منحنی نوری میتوان به وجود سیاره پی برد. ریزهمگرایی گرانشی یک روش توانمند در آشکارسازی سیارات فراخورشیدی کمجرم و سرد است که در بیرون خط برفی ستارهی مادر قرار دارند در حالیکه رصد این سیارات به کمک روشهای دیگر تقریبأ غیرممکن است. در سال ۲۰۰۵ یک سیاره فراخورشیدی با جرم ۵.۵ برابر جرم زمین که در آن زمان کمجرمترین سیاره فراخورشیدی بود، کشف شد. منحنی نوری آن در زیر آمده است.
در یک رویداد ریزهمگرایی گرانشی مرکز روشنایی تصاویر برروی مکان واقعی ستارهی چشمه قرار نمیگیرد و میزان این جابهجایی با شعاع زاویهای انیشتین متناسب است. شعاع زاویه ای انیشتین شعاع حقلهای از تصاویر در صورت هم راستا شدن کامل است که به جرم عدسی و فاصله آن تا ناظر بستگی دارد. اگر فاصله عدسی را بتوانیم از روی اثر اختلاف منظر دوران زمین حول خورشید اندازه بگیریم، با اندازه گیری جابهجایی در مرکز روشنایی تصاویر جرم عدسی بدست می آید. ریزهمگرایی گرانشی تنها پدیدهی اخترفیزیکی است که به کمک آن میتوانیم جرم اجرام حتی تاریک درون دیسک کهکشان را بدون هیچ گونه بایاس و یا تقریبی تعیین کنیم.
در یک رویداد ریزهمگرایی گرانشی در حین عبور عدسی از روی سطح ستارهی چشمه نور اختلالات روی سطح و یا درون اتمسفر آن نیز تقویت میشوند و درنتیجه در منحنی نوری یک اختلال ایجاد میکند که با بررسی آنها می توان به وجود اختلالها که می توانند لکه، دیسک، سیارات مشتری داغ و ..باشند، پی برد. لازم به ذکر است که با هیچ روش دیگری نمیتوان اتمسفر یک ستاره درون هسته کهکشان و به فاصله ۸ کیلو پارسکی از ما را بررسی کرد.
ریزهمگرایی گرانشی با تشکیل تصاویر کشیده شده تقارن کروی سطح ستاره چشمه را میشکند و بنابراین قطبش خالص برروی سطح ستارهی چشمه غیر صفر میشود. اندازه گیری قطبش در حین رویداد های ریزهمگرایی گرانشی به ما کمک میکند تا اطلاعاتی راجع به سطح ستارهی چشمه و نیز وجود اختلال برروی آن به ویژه اختلالاتی که خود یک قطبش غیرصفر ایجاد میکنند بدست بیاوریم.
شکل (۱): منحنی نوری مربوط به یک رویداد ریزهمگرایی گرانشی با اثر اختلال یک سیاره فراخورشیدی (Beaulieu et al. 2006, Nature, 439, 437)