۳٫۳ اثر عدسیِ گرانشی — پیامدِ طبیعیِ پتانسیلِ کششی

خانه ／ ۳ فصل سوم: کیهانِ کلان‌مقیاس

اصطلاحات: در این بخش، منشأ «کششِ افزوده»‌ی لازم برای عدسی به دو اثرِ میان‌جی نسبت داده می‌شود. نخست، تراکمِ ریزکششی در طولِ عمرِ ذراتِ ناپایدارِ تعمیم‌یافته که به میانگین می‌رسد و گرانشِ کششیِ آماری پدید می‌آورد. دوم، انرژیِ تزریق‌شده به میان‌جی هنگامِ واپاشی یا فنا که به صورتِ نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی دیده می‌شود. از این پس، منظور از ذراتِ ناپایدار همین گونهٔ تعمیم‌یافته است و تنها نام‌های فارسیِ کامل به کار می‌رود.

نخست پدیده‌ها و دشواری‌ها

• از قوس تا چندتصویری: نورِ چشمه‌های دوردست در گذر از کهکشان‌ها یا خوشه‌های پیش‌زمینه خم می‌شود و قوس‌ها، حلقه‌های اینشتین و تصاویرِ چندگانه شکل می‌گیرد. در میدان‌های گسترده‌تر، برشیِ ضعیف و همسو شکلِ هزاران کهکشانِ پس‌زمینه را در مسیرهای ترجیحی اندکی می‌کشد.
• زمان نیز کش می‌آید: مسیرهای نوریِ متفاوتِ یک چشمه با فاصله‌های زمانیِ اندازه‌گیری‌پذیر در بازهٔ چند روز تا چند هفته می‌رسند و این تأخیرها پایدار و نزدیک به بی‌رنگی‌اند.
• ریزه‌کاری‌های ناسازگار: نسبت‌های شار از مدل‌های هموار منحرف می‌شوند، تصویرِ زینی به‌سادگی کم‌نور یا ناپدید می‌گردد، تصویرِ مرکزی سرکوب می‌شود و جرمِ عدسی به‌گونه‌ای وابسته به محیط از جرمِ دینامیکی فراتر می‌رود. این‌ها نشان می‌دهد عدسی علاوه بر مادهٔ مرئی، به ساختارِ ذاتیِ میان‌جی نیز پاسخ می‌دهد.

دوم تبیینِ سازوکارِ فیزیکی

۱. نگاهِ چشم‌اندازی — هدایت به‌دستِ پتانسیلِ کششی
جهان چون دریای انرژی رفتار می‌کند که می‌توان آن را کشید یا رها کرد. جرمِ پیش‌زمینه در این دریا توپوگرافیِ پتانسیلِ کششیِ رو به درون می‌سازد؛ حوضه‌ها و شیب‌ها. نور که بسته‌های موجِ جهت‌دار است، راهِ کم‌هزینه‌تر را برمی‌گزیند، جبهه‌ها به سوی شیب‌ها می‌چرخند و مسیرها بازآرایی می‌شوند؛ در نتیجه انحراف، بزرگ‌نمایی و چندمسیره شدنِ تصویر رخ می‌دهد. در خلأ و حدِّ نورشناسیِ هندسی، این بازجهت‌دهی تقریباً بی‌رنگ است و وابستگیِ فرکانسی عمدتاً در پلاسما یا هنگامی که پراش و تداخل چیره می‌شوند نمود می‌یابد.

۲. شیبِ افزوده و هموار — گرانشِ کششیِ آماری
ورای شیبِ درونیِ ناشی از مادهٔ مرئی، ریزکششِ شمارِ فراوانی از ذراتِ ناپایدار بر هم می‌نشیند و شیبی افزوده، هموار و ماندگار می‌سازد.

• توانِ پشتیبانی از عدسی را دارد و با شیبِ درونی کانونی‌شدن را تقویت می‌کند، قوس‌ها را درازتر و حلقه‌ها را کامل‌تر می‌سازد.
• با محیط هم‌نوا می‌شود؛ جایی که ادغام‌ها پربسامد است، فواره‌ها فعال‌اند یا برشی نیرومند است، این شیب ستبرتر و عدسی قوی‌تر می‌شود و در محیط‌های آرام ضعیف‌تر است.
• اثرِ انتگرال‌گیری بر خطِ دید پدید می‌آید؛ عدسی کلِ چشم‌اندازِ مسیر را می‌خواند، ازاین‌رو جرمِ عدسی معمولاً از جرمِ دینامیکی فراتر است و این افزونگی در راستاهای سرشار از ساختارِ عظیم‌مقیاس بزرگ‌تر می‌شود.

۳. ریزموج‌های تیره — نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی
هنگامِ واپاشی یا فنا، بسته‌های موجِ ضعیف، پهن‌باند و کم‌همدِیسی به میان‌جی تزریق می‌شود. روی‌هم‌گذاریِ این بسته‌ها بافتی رقیق و ریزدانه می‌سازد که پرتوها را اندکی می‌لرزاند.

• تصویرِ زینی حساس‌ترین است و آسان‌تر کم‌نور، دگرگون یا ناپیدا می‌شود.
• نسبت‌های شار با وابستگیِ طیفیِ ناچیز از نو توزیع می‌گردد و با رصدها سازگار است.
• این بافت توده‌ای از اجرامِ فشردهٔ افزوده نیست، اما نشانه‌هایی در صفحهٔ تصویر برجا می‌گذارد که گاه فزونی و گاه کمبودِ زیرساختار را القا می‌کند.

۴. دفترِ زمان — مؤلفهٔ هندسی و مؤلفهٔ پتانسیل
تفاوتِ زمانیِ میانِ تصاویر برابر است با افزایشِ طولِ مسیر و کندشدنِ حرکت بر شیب که زمانِ نوری را بالا می‌برد. هر دو مؤلفه از بسامد مستقل‌اند، پس تأخیرها نزدیک به بی‌رنگی می‌مانند. دگرگونیِ آهستهٔ چشم‌انداز در دورهٔ پایش، مانند رشدِ خوشه‌ها یا بازگشتِ خلأها، لغزش‌های زمانیِ اندک و بی‌رنگ می‌افزاید.

۵. یک نقشهٔ مشترک — هم‌خوانیِ عدسی، چرخش و قطبش
عدسی بازجهت‌دهیِ دوبعدیِ مسیر را می‌خواند، منحنی‌های چرخش تنگ‌شدنِ سه‌بعدیِ مدارها را و الگوهای گاز و قطبش خط‌الرأس‌ها و راهروهای نواری را ترسیم می‌کنند. این نقشه‌ها باید در فضا هم‌مکان و هم‌راستا شوند؛ هرجا شیب ژرف‌تر و راهرو روشن‌تر است، شاخص‌ها به همان سو اشاره می‌کنند.

سوم پیش‌بینی‌های آزمون‌پذیر و هم‌سنجی‌های عملی

• بی‌رنگی: پس از کاستنِ پراکندگیِ پلاسما، انحراف‌ها و تأخیرها در عدسیِ قوی و ضعیف باید در جهت و دامنه میانِ نوارهای طیفی سازگار بماند. اگر رنگ‌وابستگیِ چشمگیر دیدیم، نخست میان‌جی و اثرهای موجی را بررسی می‌کنیم نه خودِ توپوگرافی را.
• سوگیری به سودِ تصویرِ زینی: نابسامانیِ نسبت‌های شار بیشتر سراغِ تصویرِ زینی می‌رود و با شدتِ بافتِ ریز هم‌بستگیِ مثبت دارد که می‌توان آن را با شاخص‌هایی چون پراکندگیِ رادیویی، محورهای ادغام و جبهه‌های ضربه‌ای سنجید.
• پیوندِ جرمِ عدسی با محیط: افزونیِ جرمِ عدسی نسبت به جرمِ دینامیکی با همگرایی و برشیِ بزرگ‌تر بر خطِ دید فزونی می‌گیرد و این، اثرِ انتگرالیِ گرانشِ کششیِ آماری را نشان می‌دهد.
• لغزشِ بسیار کوچک در دوره‌های گوناگون: در سامانه‌های برخوردی یا فواره‌ایِ نیرومند، جای تصویرها و تأخیرها می‌تواند در مقیاسِ سال تا دهه اندک‌اندک بلغزد و با دگرگونیِ آهستهٔ پراکندگیِ رادیویی هم‌فاز باشد.
• سازگاریِ چندنقشه‌ای: در یک میدان، قوس‌ها و تصویرها باید با خط‌های ترازِ همگرایی، باقی‌مانده‌های منحنیِ چرخش، پراکندگیِ رادیویی و محورهای قطبش هم‌مکان و هم‌جهت شوند. اگر ناهم‌خوانی دیدیم، پیش از هرچیز کاهشِ پیش‌زمینه و هم‌ترازیِ مختصاتی را بازبینی می‌کنیم.
• برازشِ کم‌هزینه در پارامترها: الگوی سه‌لایه شاملِ شیبِ درونیِ مرئی، شیبِ افزودهٔ ناشی از گرانشِ کششیِ آماری و بافتِ ریزِ نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی باید جایگاه، شکل، بزرگ‌نمایی و تأخیر را با شمارِ اندکی پارامترِ مشترک هم‌زمان برازش کند و با دینامیک و سنجه‌های رادیویی راستی‌آزمایی شود.

چهارم سنجش با تبیین‌های رایج

1. زمینِ مشترک: هر دو رویکرد قوس‌ها، حلقه‌ها، چندتصویری و تأخیرهای زمانی را توضیح می‌دهند و در حالت‌های چیره رفتارِ نزدیک به بی‌رنگی را پیش‌بینی می‌کنند.
2. تفاوت‌ها و امتیازها:
   • پارامترهای کمتر؛ نیازی به فهرست‌های اختصاصیِ توده‌های نامرئی برای هر سامانه نیست، زیرا شیبِ افزوده و بافتِ ریز از فرایندهای آماریِ یکپارچه سر برمی‌آورند.
   • همسانیِ چندرصدی؛ عدسی، چرخش، قطبش و میدان‌های سرعت بر یک نقشهٔ کششیِ واحد یکدیگر را محدود می‌کنند.
   • تبیینِ طبیعیِ ریزه‌کاری‌ها؛ نابسامانیِ نسبت‌های شار،脆ندگیِ تصویرِ زینی و شکافِ محیط‌وابسته میانِ جرمِ عدسی و جرمِ دینامیکی بی‌واسطه از حساسیت به شیب و بافت نتیجه می‌شود.
3. شمول‌پذیری: اگر در آینده سازه‌های ریزمقیاسِ تازه‌ای تأیید شود، می‌توان آن‌ها را سرچشمهٔ ریزمقیاسِ شیبِ افزوده دانست. حتی بی‌آنکه مادهٔ نوینی پیش‌نهاده شود، هم‌نشینیِ گرانشِ کششیِ آماری و نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی برای شرحِ پدیده‌های اصلیِ عدسی بسنده است.

پنجم تمثیل

دره‌ها و شیب‌هایشان همان توپوگرافیِ پتانسیلِ کششی‌اند که رهرو یعنی نور را به مسیرهای آسان‌تر می‌برند. ریزموج‌های تیره با خاستگاهِ پنهان همان نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی‌اند که تصویرها را اندکی می‌لرزانند و روشنایی را بازتوزیع می‌کنند. در مقیاسِ بزرگ، دره‌ها جهت را تعیین می‌کنند و در مقیاسِ ریز، ریزموج‌ها جزئیات را پرداخت می‌کنند.

ششم جمع‌بندی

۱. شیبِ هموارِ افزوده که از گرانشِ کششیِ آماری برمی‌آید، کانونی‌شدنِ نور را تقویت می‌کند و قوس‌ها، حلقه‌ها، چندتصویری و بزرگ‌نماییِ کلّی را توضیح می‌دهد.
۲. مؤلفهٔ هندسی و مؤلفهٔ پتانسیل با هم تأخیرهای زمانیِ نزدیک به بی‌رنگی پدید می‌آورند.
۳. بافتِ ریزِ نوفهٔ زمینه‌ایِ کششی جایگاه و شارِ تصویرها را اندکی می‌جنباند و نابسامانیِ نسبت‌های شار، ناپایداریِ تصویرِ زینی و نمودِ فزونی یا کاستیِ زیرساختار را توضیح می‌دهد.
۴. برآوردِ بزرگ‌ترِ جرمِ عدسی از آن روست که عدسی توپوگرافیِ کلِ خطِ دید را ادغام می‌کند، درحالی‌که دینامیک تنها همسایگیِ نزدیک را می‌خواند.