Yerçekimi, gökbilimcilere evren üzerinde nasıl güçlü bir mercek verir?

1919’da astronomlar Arthur Eddington ve Andrew Crommelin bir tam güneş tutulmasının fotoğrafik görüntülerini yakaladılar. Güneş o sırada Boğa takımyıldızındaydı ve fotoğraflarda bir avuç yıldızı görülebiliyordu. Ancak yıldızlar pek de bekledikleri yerde değillerdi. Güneşin muazzam yerçekimi bu yıldızların ışığını saptırmış ve onları biraz yersizmiş gibi göstermişti. Bu, Albert Einstein’ın 1915’te tahmin ettiği gibi, yerçekiminin ışığın yolunu değiştirebileceğinin ilk kanıtıydı.

Işığın bir yıldızın veya galaksinin kütlesi tarafından bükülmesi, genel göreliliğin merkezi tahminlerinden biridir. Einstein ilk önce tek bir yıldızdan gelen ışığın sapmasını öngörmüş olsa da, Oliver Lodge gibi diğerleri, büyük bir kütlenin yerçekimi merceği gibi davranabileceğini ve bir cam merceğin ışığı odaklama şekline benzer şekilde ışığın yolunu çarpıtabileceğini savundu. 1935’te Einstein, uzak bir galaksiden gelen ışığın, bir ışık halkası oluşturmak için önündeki bir galaksi tarafından nasıl bükülebileceğini gösterdi. Böyle bir Einstein Halkası, bilindiği gibi, uzaktaki galaksiyi, daha yakın galaksinin etrafında bir ışık halkası veya yayı olarak gösterecekti. Ancak Einstein bu etkinin asla gözlemlenmeyeceğini düşündü. Bu ışık yayları, optik teleskopların yakalayamayacağı kadar zayıf olacaktır. Einstein, Hubble Uzay Teleskobu’nun B1938+666 galaksisinin etrafındaki bir halkayı yakaladığı 1998 yılına kadar haklıydı. Bu, gözlemlenen ilk optik halkaydı, ancak ilk Einstein Halkası değildi. İlk halka radyo ışığında görüldü ve Çok Büyük Dizi (VLA) tarafından yakalandı.

1987 yılında, MIT Elektronik Araştırma Laboratuvarı’nda Prof. Bernard Burke yönetiminde ve Ph.D. öğrenci Jackie Hewitt, bilinen radyo yayan nesnelerin ayrıntılı görüntülerini yapmak için VLA’yı kullandı. MG1131+0456 olarak bilinen biri, iki parlak loblu belirgin bir oval şekil gösterdi. Hewitt ve ekibi, olağandışı şekli açıklamak için birkaç model düşündü, ancak verileri yalnızca bir Einstein Halkası eşleştirdi. Einstein’ın galaktik tahmini sonunda gözlemlendi.

Radyo astronomi özellikle mercekli gökadaları yakalamada iyidir. Radyo astronomları için güçlü bir araç haline geldiler. Bir cam merceğin bir nesneyi daha parlak ve daha büyük göstermek için ışığı odaklaması gibi, yerçekimi merceği de öyle. Radyo gökbilimciler mercekli gökadaları gözlemleyerek, kendi başlarına göremeyecek kadar uzak ve sönük olan gökadaları inceleyebilirler. Kütleçekimsel merceklenme miktarı ön plandaki gökadanın kütlesine bağlı olduğundan, Einstein halkaları daha yakın gökadanın veya gökada kümesinin kütlesini ölçmek için kullanılabilir.

Kütleçekimsel merceklenmenin daha ilginç yönlerinden biri, evrenin genişleme hızını ölçmek için kullanılabilmesidir. Uzak bir gökadadan gelen ışık, ön plandaki gökadadan geçerken birçok farklı yol izleyebilir. Bu yolların her biri farklı mesafelere sahip olabilir, bu da ışığın bize farklı zamanlarda ulaşabileceği anlamına gelir. Galaksiden her biri farklı bir yoldan gelen birçok kez bir ışık patlaması görebiliriz. Gökbilimciler bunu galaktik mesafeyi ve dolayısıyla kozmosun ölçeğini hesaplamak için kullanabilirler.

Bir Einstein halkasının VLA tarafından ilk tespitinden bu yana, radyo astronomları daha fazlasını buldular ve daha ayrıntılı olarak yakaladılar. Örneğin, 2015 yılında, Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi (ALMA), SDP.81 adlı uzak bir gökadadan alınan mercekli yayların ayrıntılı bir görüntüsünü oluşturdu. Görüntü, gökbilimcilerin galakside yıldızların nasıl oluştuğunu incelemek için yayları kaynaklarına kadar izleyebilecek kadar keskindi.

Einstein halkaları artık astronomik görüntülerde, özellikle James Webb Uzay Teleskobu ve diğerlerininki gibi derin alan görüntülerinde yaygın olarak görülüyor. Radyo astronomisinin gösterdiği gibi, onlar sadece güzel olmaktan daha fazlasıdır. Bize evrende yeni bir mercek veriyorlar.