เลนส์ความโน้มถ่วงกับการไขความลับจักรวาล

   กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล นับเป็นประดิษฐกรรมการสำรวจอวกาศที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ตลอดช่วงเวลากว่า 25 ปีที่ฮับเบิล ประจำการในอวกาศเหนือพื้นโลกราว 589 กิโลเมตร ได้สร้างคุณูประการที่ยิ่งใหญ่ให้กับมนุษยชาติจากการสร้างองก์ความรู้ใหม่ๆเกี่ยวกับกำเนิดจักรวาล สถานะของจักรวาล ทำให้มนุษย์เข้าใจจักรวาลมากขึ้น

  แต่ฮับเบิล ที่สร้างขึ้นมาโดยใช้เทคโนโลยีเมื่อกว่า 20 ปีที่แล้วก็ยังมีขีดจำกัดด้านเทคโนโลยีของตัวเอง ทำให้การไขความลับของจักรวาลนั้นไม่สามารถทำได้อย่างที่ใจคนเราต้องการ

  อย่างไรก็ตามในความมืดยังมีแสงสว่างผุดขึ้นมาอย่างไม่คาดคิด เมื่อจักรวาลเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “เลนส์ความโน้มถ่วง” ที่ช่วยให้แสงจากกลุ่มดาวรุ่นอาวุโสของจักรวาลพุ่งเข้ามากระทบเซนเซอร์รับแสงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวนี้ นับเป็นโชคดีที่ทำให้นักดาราศาสตร์ได้รับจากจักรวาลที่กว้างใหญ่

  กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เก็บภาพแสงจากกลุ่มแกแลกซี่ที่มีชื่อว่า อะเบล เอส1063 ที่อยู่ห่างจากโลกระดับไกลโพ้น ถึง 4,000 ล้านปีแสง ซึ่งถ้าจะคำนวนเป็นระยะทางในหน่วยเมตริก ก็นำเอาตัวเลขระยะทางที่แสงเดินทางในแต่ละปีประมาณ 9.46 ล้านล้านกิโลเมตร คูณกับ 4,000 ล้าน จึงจะได้ระยะทางที่กลุ่มแกแลกซี่ อะเบล เอส 1063 อยู่ห่างจากโลก 

   นักดาราศาสตร์มีความตื่่นเต้นยินดีกันอย่างยิ่งที่ได้เห็นแสงจากกลุ่มแกแลกซี่กลุ่มนี้ ที่นับเป็นเขตที่อยู่ห่างไกลเข้าไปในจักรวาลมากที่สุดแห่งหนึ่ง และยิ่งดีใจไปกว่านั้นเมื่อได้เห็นวัตถุที่อยู่เบื้องหลังกลุ่มแกแลกซี่ อะเบล เอส 1063 ที่นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเป็นวัตถุที่เกิดขึ้นในช่วงจักรวาลยังอยู่ในช่วงเริ่มตั้งไข่ ราว 1,000 ล้านปี หลังจากการเกิด “บิ๊ก แบง” หรือ การระเบิดครั้งใหญ่ที่ถือเป็นการกำเนิดของจักรวาลในช่วงอสงไขยที่ผ่านมา 

   ปรากฏการณ์ เลนส์ความโน้มถ่วงยังช่วยส่งแสงของแกแลกซี่ 16 แกแลกซี่ในกลุ่มแกแลกซี่ อะเบล เอส 1063 รวมทั้งวัตถุในยุคต้นกำเนิดจักรวาลเข้ามายังเซนเซอร์ของฮับเบิล ที่ถ่ายทอดแสงเหล่านั้นลงมายังจานรับข้อมูลบนพื้นโลก ทั้งยังช่วยให้นักดาราศาสตร์สร้างรูปแบบของสสารมืด (dark matter) และสสารปกติ ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงมากขึ้นอีกด้วย

   ขณะที่จักรวาลมีการขยายตัวออกไปอย่างไม่มีวันสิ้นสุด ทำให้วัตถุในยุคแรกเริ่มของกำเนิดจักรวาลยิ่งห่างออกไปจากโลก มากขึ้นทุกที ซึ่งถ้าไม่มีปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง ก็ทำให้ยากต่อการ “เห็น” สสาร แกแลกซี่ ที่อยู่ห่างไกลโลกนั่นเอง    แล้วปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงนี้คืออะไร เลนส์ความโน้มถ่วงไม่ได้เป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นมา แต่เกิดขึ้นจากหลักฟิสิกส์กายภาพในจักรวาล มีผู้รู้อธิบายไว้ในเว็บไซต์วิกิพีเดียเกี่ยวกับเรื่องนี้ว่า "

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

   ลักษณะการย่อขยายจะแตกต่างจากเลนส์แสงตามปกติ กล่าวคือการบิดโค้งจะมีมากที่สุดเมื่อวัตถุเข้าใกล้ศูนย์กลางเลนส์ความโน้มถ่วง และบิดโค้งน้อยที่สุดเมื่ออยู่ห่างจากศูนย์กลางเลนส์ความโน้มถ่วง ผล   สืบเนื่องจากคุณลักษณะนี้ ทำให้เลนส์ความโน้มถ่วงไม่มีจุดโฟกัสที่แน่ชัด แต่จะมีเส้นโฟกัสแทนที่ ถ้าหากว่าแหล่งกำเนิด วัตถุมวลมากที่ทำตัวเป็นเลนส์ กับผู้สังเกตการณ์ เรียงตัวกันอยู่เป็นเส้นตรง ผู้สังเกตจะมองเห็นแหล่งกำเนิดนั้นปรากฏเป็นภาพวงแหวนอยู่ด้านหลังวัตถุมวลมาก 

    ปรากฏการณ์นี้มีการเอ่ยถึงเป็นครั้งแรกในปีค.ศ. 1924 โดยนักฟิสิกส์ชาวเมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ชื่อโอเรสต์ ควอลสัน ต่อมาได้รับการขยายความเพิ่มเติมโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปีค.ศ. 1936ในการอ้างอิงวิชาการมักเรียกลักษณะปรากฏของภาพวงแหวนนี้ว่า "วงแหวนไอน์สไตน์" (Einstein ring) เพราะควอลสันไม่ได้คาดการณ์ถึงผลลัพธ์จากการเกิดภาพรัศมีวงแหวน สำหรับแนวสังเกตการณ์อื่นที่ไม่เป็นเส้นตรง แหล่งกำเนิดแสงอาจกลายเป็นภาพเส้นโค้งอยู่รอบๆ เลนส์ ผู้สังเกตอาจมองเห็นภาพแหล่งกำเนิดแห่งเดียวนั้นกลายเป็นหลายๆ ภาพ จำนวนและรูปร่างของภาพที่ปรากฏขึ้นอยู่กับตำแหน่งระหว่างแหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกต"