سنجش وزن ستاره ها به کمک عدسی گرانشی

منجمان گذر ستاره‌ها را از رو‌به‌رو‌ی یکدیگر پیش‌بینی می‌کنند. یک تیم از منجمان با استفاده از داده‌ها‌ی ماهواره‌ی گایا، دو رویداد گذر را در ماه آینده به‌طور دقیق پیش‌بینی کرده‌اند. در هر دو رویداد به دلیل خم‌شدن نور ستاره‌ها‌ی عقبی به‌وسیله‌ی جرم ستاره‌ها‌ی جلویی، جا‌ی ستاره‌ها‌ی عقبی دچار تغییر می‌شود. به‌وسیله‌ی همین رویداد می‌توان جرم ستاره‌ها‌ی جلویی را اندازه‌گرفت. این در حالی است که با هیچ روش دیگری نمی‌توان جرم این ستاره‌ها را به‌دست آورد.

همه‌ی ستاره‌ها‌ی راه شیری در حال حرکت هستند؛ اما به‌دلیل فاصله‌ی زیادشان از یکدیگر، تغییرات مکانشان بسیار کوچک است و فقط با استفاده از تلسکوپ‌ها‌ی بزرگ در مدت زمان زیاد می‌توان آن‌ها را اندازه‌گیری کرد. در موارد نادری یک ستاره در نزدیکی محدوده‌ی دید ناظران زمین از روبروی ستاره‌ی پشت سر گذر می‌کند. نور ستاره‌ی پشتی باید از میدان گرانشی ستاره‌ی جلویی گذر کند و به ما بر‌سد. در این حالت، نور به‌جا‌‌ی پیمودن مسیر مستقیم، یک مسیر خمیده را طی می‌کند. این عمل دقیقا شبیه کار یک عدسی است با این تفاوت که این خمیدگی به‌وسیله‌ی خمیدگی فضا و زمان اطراف جسم سنگین ایجاد می‌شود.

این اثر، سنگ بنا‌ی پیش‌بینی‌ها‌ی انشتین در نظریه‌ی نسبیت عام است و در طول چند بار‌ها در منظومه‌ی شمسی تست شده است. این اثر خم‌شدن نور توسط ستاره‌ها‌ی زمینه‌ی جلویی به عدسی گرانشی شهرت دارد: نور ستاره‌ها‌ی زمینه‌ی پشتی خم شده و در یک زاویه‌‌ی کوچک متمرکز می‌شود بنابر‌این، ستاره روشن‌تر به‌نظر می‌رسد. اثر اصلی رویداد یادشده این است که محل مشاهده‌ی ستاره در زمینه‌ی آسمان تغییر می‌کند؛ چرا که در اثر خمیدگی نور ستاره‌ها، مرکز نوری ستاره نسبت به دیگر ستاره‌ها‌ی زمینه تغییر می‌کند. هر دو این تغییرات به یک چیز وابسته هستند، جرم ستاره‌ی خم‌کننده‌ی نور که در این مورد همان ستاره‌ی زمینه‌ی جلویی است. بنابر‌این عدسی گرانشی روشی برای اندازه‌گیری جرم ستاره است. در واقع اندازه‌گیری جرم ستاره‌ها‌یی که جزئی از یک مجموعه‌ی دوتایی نیستند، به هر روش به‌غیر از این، بسیار بعید و مشکل است.

تا قبل از این، سختی این روش در پیش‌بینی نحوه‌ی حرکت ستاره‌ها با دقت بالا بوده است. میلیارد‌ها داده‌ی بسیار دقیق از محل ستاره‌ها و نحوه‌ی حرکت آن‌ها، به‌تازگی توسط ESA از ماهواره‌ی گایا منتشر شده است و مشکل را حل کرده است. جوناس کاتلر، دانشجوی دکتری دانشگاه هیدلبرگ از این داده‌ها برای بررسی گذر ستاره‌ها‌ی نزدیک استفاده کرد. از بین رویداد‌ها‌ی بسیاری که در ۵۰ سال آینده اتفاق خواهند افتاد، دو رویداد هم‌اکنون در حال رخ‌دادن است: نزدیک‌ترین جدایی‌ها‌ی زاویه‌ای با تاثیرات قابل رویت و بررسی روی محل ستاره‌ها در پس‌زمینه، در طول دو هفته‌ی آینده اتفاق خواهند افتاد. نام این دو ستاره‌ی مورد بررسی که در زمینه‌ی جلویی قرار دارند، Luyten 143-23 و Ross 322 است. این دو ستاره با سرعت‌ها‌ی ظاهری ۱۶۰۰ و ۱۴۰۰ میلی آرک ثانیه در سال، نسبت به هم در حال حرکت هستند.

کم‌ترین جدایی زاویه‌ای بین ستاره‌ها‌ی زمینه‌ی جلویی و ستاره‌ها‌ی زمینه‌ی پشتی در جولای و آگوست ۲۰۱۸ اتفاق می‌افتند. طبق مقیاس‌ها‌ی نجومی، جایگاه نسبی ستاره‌ها‌ی پشتی نسبت به هم ۱/۷ و ۰/۸ میلی آرک ثانیه تغییر می‌کند. یک میلی آرک ثانیه، زاویه‌ای است که یک انسان در حالی‌که روی سطح ماه دراز کشیده است، مشاهده می‌کند. این پروژه بسیار مشکل است اما با بهترین تلسکوپ‌ها‌ی زمین، این جابه‌جایی‌ها در محل ستاره‌ها قابل اندازه‌گیری هستند.

این پژوهش در مجله‌ی Astronomy & Astrophysics منتشر شد.