آیا تابه‌حال درباره همگرایی گرانشی (Gravitational lensing) شنیده‌اید؟ اخیرا در تصاویر گرفته شده با تلسکوپ فضایی هابل، لکه‌های نوری مشاهده شده است که به هیچ‌وجه ناشی از لنزهای خود تلسکوپ نیستند. اینها در واقع نورهای یک کهکشان دور در فاصله ۱۱ میلیارد سال نوری از ما هستند که به‌وسیله گرانش یک خوشه کهکشانی موجود در پیش‌زمینه آن منحرف گردیده و چندین بار تکرار شده‌اند.
در اثر این پدیده، حداقل ۱۲ تصویر تکراری از کهکشان PSZ1 G311.65-18.48 که به Sunburst Arc هم معروف است در آسمان شکل گرفته است. به لطف این پدیده، ستاره‌شناسان می‌توانند کهکشان مذکور را با جزییات بیشتر مطالعه کنند.
گرانش، نیروی جاذبه فوق‌العاده قوی و مرموزی است که قابل دیدن نیست و بر همه اجرام کیهان متناسب با جرم‌شان وارد می‌شود. هرچه قدر جرم یک شی بیشتر باشد، نیروی گرانش یا جاذبه آن قوی‌تر است. این نیرو فقط اجرام فیزیکی را جذب نمی‌کند، بلکه به اندازه‌ای قوی‌ست که حتی می‌تواند مسیر نور را نیز منحرف کند.
در مقیاس کهکشانی، این گفته بدین معنی است که توده‌ای عظیم با گرانش زیاد، مثل یک خوشه کهکشانی، می‌تواند نور جرمی را که در پشت آن و در فاصله دوری قرار دارد، خم کرده و بزرگنمایی کند.
به این وضعیت که توسط انیشتین هم پیش‌بینی شده بود، همگرایی گرانشی گفته می‌شود. ستاره‌شناسان، به‌طور پیوسته، از این پدیده برای مطالعه کهکشان‌هایی استفاده می‌کنند که در مراحل ابتدایی کیهان شکل گرفته‌اند و به قدری کم‌نور هستند که نمی‌توان آنها را به خوبی رصد کرد.
این اثر همگرایی گرانشی حتی می‌تواند تصاویر را تکرار کند و چندین کپی از یک کهکشان دور و کم‌نور را ایجاد نماید. این همان چیزی است که ما در تصاویر کهکشان Sunburst Arc مشاهده می‌کنیم؛ هرچند که تعداد کپی‌های آن بیش از حد معمول است.
بین ما و این کهکشان که در فاصله ۴.۶ میلیارد سال نوری قرار دارد، یک خوشه کهکشانی بسیار سنگین وجود دارد که نور Sunburst Arc را خم کرده و آن را به چندین کمانه تقسیم می‌کند. حداقل ۱۲ کپی از این کهکشان، در تصویر هابل ظاهر گردیده که بین چهار کمان اصلی تقسیم شده‌اند؛ سه کمان در بالا سمت راست و یک کمان در پایین سمت چپ تصویر.
به‌خاطر قدرتمند بودن همگرایی گرانشی، کهکشان Sunburst Arc حتی با وجود فاصله زیادش از ما، یکی از درخشان‌ترین کهکشان‌های همگراشده است. تعدادی از کپی‌های آن، ۱۰ تا ۳۰ برابر درخشان‌تر از خود کهکشان هستند که همین موضوع به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا ساختارهایی به عرض ۵۲۰ سال نوری را بررسی کنند.
این اندازه شاید برای ما کمی بزرگ به نظر برسد؛ اما برخی از نواحی شکل‌گیری ستاره‌ها و سحابی‌ها، به‌راحتی می‌توانند در چنین عرض‌هایی گسترده شوند. دانشمندان سپس این ساختارها را با کهکشان‌های جوان‌تر مقایسه می‌کنند تا به نحوه دگرگونی کهکشان‌ها در طول زمان پی ببرند.
تصاویر هابل همچنین نشان می‌دهند که Sunburst Arc، بسیار شبیه به اولین کهکشان‌های کیهان در دوره بازیونیده شدن (Epoch of Reionisation)، در حدود ۱۳.۳ تا ۱۲.۸ میلیارد سال قبل است.
تقریبا ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ، کیهان با گاز هیدروژن پر شده بود و کاملا مات و کدر به نظر می‌رسید. سپس اتفاقی می‌افتد که باعث یونیزه شدن هیدروژن می‌شود و کیهان را روشن و شفاف می‌کند.
دیدن چیزهایی که از آن دوره باقی مانده‌اند بسیار سخت است، بنابراین یافتن مکانیسم‌های دقیقی که در آن بازه زمانی اتفاق افتاده‌اند بسیار کار دشواری خواهد بود.
ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که تابش صورت‌گرفته از اولین ستارگان و کهکشان‌ها باعث یونیزه شدن گاز هیدروژن شده است؛ اما یک مشکل در این میان وجود دارد: تابش انرژی بالا، که برای یونیزه کردن هیدروژن لازم بود، باید می‌توانست بدون آنکه توسط فضای بین‌ستاره‌ای جذب گردد از کهکشان‌ها فرار کند. مشخص شده است که فقط تعداد کمی از کهکشان‌ها قادر به این کار بوده‌اند.
با این‌حال، کهکشان Sunburst Arc دارای سرنخ‌هایی است که نشان می‌دهند برخی از فوتون‌های آن توانسته‌اند از طریق کانال‌های باریکی در فضای خنثایی که مملو از گاز زیادی بوده است، فرار کنند.
هر چقدر که ما دانش خود را درباره دوره بازیونیده شدن بیشتر می‌کنیم، به نظر می‌رسد که عوامل زیادی در پیدایش آن دخیل بوده‌اند. بعید است راهی که فوتون‌های کهکشان Sunburst Arc از طریق آن به بیرون فرار کرده‌اند به‌تنهایی علت آن بوده باشد؛ اما می‌توانسته است یکی از عوامل مهم تسهیل‌کننده آن بوده باشد.
نتایج این تحقیق در مجله Science چاپ شده است.
