เลนส์ความโน้มถ่วง

เลนส์ความโน้มถ่วง (อังกฤษ: gravitational lens) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นกับแสงอันเดินทางมาจากแหล่งกำเนิดส่องสว่างไกลโพ้น (เช่น เควซาร์) แล้วเกิดการ "บิดโค้ง" เนื่องจากแรงดึงดูดของวัตถุมวลมาก (เช่น กระจุกดาราจักร) ที่อยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับผู้สังเกต เป็นปรากฏการณ์ที่หนึ่งที่ไอน์สไตน์ทำนายเอาไว้จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา

โอเรสต์ ควอลสัน (Orest Chwolson) เป็นผู้แรกที่นำเสนอบทความวิชาการว่าด้วยปรากฏการณ์นี้ (ในปี ค.ศ. 1924) แต่ชื่อของไอน์สไตน์มักเป็นที่รู้จักเกี่ยวเนื่องกับปรากฏการณ์นี้มากกว่า เพราะได้ตีพิมพ์บทความอันมีชื่อเสียงที่อธิบายสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ในปี ค.ศ. 1936

ฟริตซ์ ชวิกกี้ (Fritz Zwicky) ทำนายไว้เมื่อปี ค.ศ. 1937 ว่า ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยมีกระจุกดาราจักรทำตัวเป็นเสมือนเลนส์ความโน้มถ่วง แต่มีการค้นพบหลักฐานสนับสนุนเป็นครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1979 จากผลการสังเกตการณ์ "เควซาร์แฝด" Q0957+561

ภาพรวม

แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากวัตถุมวลมาก (เช่น กระจุกดาราจักร หรือหลุมดำ) สามารถดึงดูดกาล-อวกาศ หรือทุกสิ่งที่อยู่ภายในได้ รวมถึงเส้นทางเดินของแสงที่มาจากแหล่งกำเนิดพื้นหลัง ทำให้เวลาที่แสงเดินทางมาถึงผู้สังเกตการณ์ผิดเพี้ยนไป ทั้งยังสามารถขยายหรือย่อภาพปรากฏของแหล่งกำเนิดพื้นหลังนั้นได้อีกด้วย

ลักษณะการย่อขยายจะแตกต่างจากเลนส์แสงตามปกติ กล่าวคือการบิดโค้งจะมีมากที่สุดเมื่อวัตถุเข้าใกล้ศูนย์กลางเลนส์ความโน้มถ่วง และบิดโค้งน้อยที่สุดเมื่ออยู่ห่างจากศูนย์กลางเลนส์ความโน้มถ่วง ผลสืบเนื่องจากคุณลักษณะนี้ ทำให้เลนส์ความโน้มถ่วงไม่มีจุดโฟกัสที่แน่ชัด แต่จะมีเส้นโฟกัสแทนที่ ถ้าหากว่าแหล่งกำเนิด วัตถุมวลมากที่ทำตัวเป็นเลนส์ กับผู้สังเกตการณ์ เรียงตัวกันอยู่เป็นเส้นตรง ผู้สังเกตจะมองเห็นแหล่งกำเนิดนั้นปรากฏเป็นภาพวงแหวนอยู่ด้านหลังวัตถุมวลมาก ปรากฏการณ์นี้มีการเอ่ยถึงเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1924 โดยนักฟิสิกส์ชาวเมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ชื่อ โอเรสต์ ควอลสัน^[1] ต่อมาได้รับการขยายความเพิ่มเติมโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี ค.ศ. 1936 ในการอ้างอิงวิชาการมักเรียกลักษณะปรากฏของภาพวงแหวนนี้ว่า "วงแหวนไอน์สไตน์" (Einstein ring) เพราะควอลสันไม่ได้คาดการณ์ถึงผลลัพธ์จากการเกิดภาพรัศมีวงแหวน สำหรับแนวสังเกตการณ์อื่นที่ไม่เป็นเส้นตรง แหล่งกำเนิดแสงอาจกลายเป็นภาพเส้นโค้งอยู่รอบๆ เลนส์ ผู้สังเกตอาจมองเห็นภาพแหล่งกำเนิดแห่งเดียวนั้นกลายเป็นหลายๆ ภาพ จำนวนและรูปร่างของภาพที่ปรากฏขึ้นอยู่กับตำแหน่งระหว่างแหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกต