ما هي موجات الجاذبية؟
موجات الجاذبية هي تغيرات في مجال الجاذبية التي تنتشر
موجة الجاذبية المستقطبة
وفي النظرية النسبية العامة، وكذلك فيوتشير معظم الدراسات الحديثة الأخرى إلى أن موجات الجاذبية تظهر نتيجة لحركة الأجسام الضخمة بتسارع متغير. تنتشر موجات الجاذبية بحرية في الفضاء بسرعة الضوء. فهي صغيرة الحجم للغاية ويصعب تسجيلها.
تم اكتشاف موجات الجاذبية لأول مرةفي سبتمبر 2015، اكتشف كاشفان مزدوجان من مرصد LIGO، الذي اكتشف موجات الجاذبية التي من المحتمل أنها نتجت عن اندماج ثقبين أسودين وتكوين ثقب أسود دوار آخر ضخم.
أي نجم مزدوج مع دوران مكوناتهحول مركز مشترك للكتلة، يفقد الطاقة (كما هو مفترض - بسبب إشعاع موجات الجاذبية) ويندمج معًا في النهاية. لكن بالنسبة للنجوم المزدوجة العادية وغير المدمجة، تستغرق هذه العملية وقتًا طويلًا جدًا، أطول بكثير من عمر الكون الحالي.
إذا كان النظام المضغوط المزدوج يتكون منأزواج من النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء أو مزيج من الاثنين معًا ، يمكن أن يحدث الاندماج في غضون بضعة ملايين من السنين. في البداية ، تقترب الأجسام من بعضها البعض ، وتقل فترة دورانها. ثم ، في المرحلة النهائية ، يحدث تصادم وانهيار جاذبية غير متماثل. تستغرق هذه العملية جزءًا من الثانية ، وخلال هذا الوقت يتم إطلاق الطاقة في إشعاع الجاذبية ، والذي يمثل ، وفقًا لبعض التقديرات ، أكثر من 50٪ من كتلة النظام.
كيف توجد موجات الجاذبية؟
من الصعب جدًا اكتشاف موجات الجاذبية بسبب ضعفها. أجهزة تسجيلها هي كاشفات موجات الجاذبية. جرت محاولات الكشف منذ أواخر الستينيات.
موجات الجاذبية ذات السعة القابلة للاكتشافيولدون أثناء انهيار النجم النابض المزدوج. تحدث أحداث مماثلة في محيط مجرتنا مرة واحدة كل عقد تقريبًا. أقوى مصادر موجات الجاذبية وأكثرها شيوعًا بالنسبة لتلسكوبات وهوائيات الجاذبية هي الكوارث المرتبطة بانهيار الأنظمة الثنائية في المجرات القريبة. ومن المتوقع أنه في المستقبل القريب سيتم تسجيل العديد من الأحداث المماثلة سنويًا على أجهزة كشف الجاذبية المحسنة، مما يؤدي إلى تشويه المقياس في محيط الأرض بمقدار 10−21—10−23.
جسمان يتحركان في مدارات دائرية حول مركز مشترك للكتلة
طرق جديدة للكشف عن موجات الجاذبية
في عام 2017 ، أجرى العلماء تجربة تحتحصل مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) على جائزة نوبل في الفيزياء لأول اكتشاف مباشر على الإطلاق لموجات الجاذبية الناتجة عن اندماج ثقبين أسودين على بعد 1.3 مليار سنة ضوئية من الأرض. انتهكت الموجات الناتجة عن هذا الاصطدام خلفية موجة الجاذبية للكون ووصلت إلى الأرض.
بالإضافة إلى هذه الاضطرابات القوية لمرة واحدة ،التي تعلم علماء الفيزياء الفلكية بالفعل إصلاحها ، هناك ما يسمى بخلفية موجات الجاذبية - التدفق المستمر لإشعاع الجاذبية ، والذي ، وفقًا للنظرية ، يغسل الأرض باستمرار.
فرصة أخرى لاكتشاف الخلفيةمن موجات الجاذبية التي تملأ الكون هو توقيت عالي الدقة للنجوم النابضة البعيدة - تحليل وقت وصول نبضاتها ، والتي تتغير بطريقة مميزة تحت تأثير موجات الجاذبية التي تمر عبر الفضاء بين الأرض والنجم النابض.
اعتبارًا من عام 2013، تم تقدير دقة التوقيت بـيحتاج الأمر إلى زيادة بمقدار درجة واحدة تقريبًا حتى نتمكن من اكتشاف موجات الخلفية من مصادر عديدة في كوننا، ويمكن حل هذه المهمة قبل نهاية العقد. لكن مرور موجة الجاذبية من شأنه أن يغير بشكل طفيف، ببضعة نانو ثانية، الوقت الذي يتم فيه تسجيل هذه التوهجات. وبالتالي، من خلال التتبع الدقيق لتوقيت النجوم النابضة البعيدة، من الممكن نظريًا اكتشاف خلفية موجة الجاذبية للمجرة. وهذا ما تؤكده النتائج الأولية لمشروع NANOGrav.
ما هي موجات الجاذبية الجديدة التي وجدها العلماء؟
قال العلماء إنهم تمكنوا من اكتشاف علامات إشعاع الجاذبية المستمر الذي يمر عبر الكون ويشوه نسيج الزمكان.
لقد وجدنا إشارة قوية في مجموعة البيانات لدينا. لا يمكننا حتى الآن أن نقول أن هذه هي موجات الجاذبية الخلفية، ولكن هدفنا يقترب.
جوزيف سيمون، عالم الفيزياء الفلكية والمؤلف الرئيسي لهذه الورقة
وفقا للمؤلفين ، لا يوجد مرصد آخرقادرة على اكتشاف موجات الجاذبية في الخلفية ، لأنها تركز على البحث عن أحداث لمرة واحدة تستمر عدة ثوان. كجزء من التجربة ، كان العلماء يتتبعون 45 نجمًا نابضًا على مدار عدة سنوات - ووجدوا بالفعل علامات على حدوث تغييرات طفيفة في ترددها. يمكن مقارنة النجوم النابضة بالمنارات المجرية الموجودة دائمًا في نفس المكان.
نحن نبحث عن موجات تدوم لسنوات أو عقود.ووفقا لهذه النظرية، فإن اندماج المجرات والأحداث الكونية الأخرى تسبب انفجارا مستمرا لموجات الجاذبية الضخمة. يستغرق الأمر سنوات أو حتى أطول حتى تمر إحدى هذه الموجات عبر الأرض. ولهذا السبب، لا يمكن لأي تجارب أخرى موجودة اكتشافها بشكل مباشر.
جوزيف سيمون، عالم الفيزياء الفلكية والمؤلف الرئيسي لهذه الورقة
تتغير موجات الجاذبية العابرةنمط مستقر من الضوء المنبعث من النجوم النابضة ، يزيد أو يتقلص المسافات النسبية التي تقطعها هذه الأشعة عبر الفضاء. بعبارة أخرى ، يمكن للعلماء نظريًا اكتشاف خلفية موجات الجاذبية من خلال تتبع التغيرات المرتبطة في وقت وصول إشعاع النجم النابض على الأرض.
ماذا تفعل موجات الجاذبية هذه؟
تتغير موجات الجاذبية المارةنمط ثابت من الضوء ينبعث من النجوم النابضة، مما يزيد أو يضغط المسافات النسبية التي تقطعها هذه الأشعة عبر الفضاء. بمعنى آخر، يمكن للعلماء نظريًا اكتشاف خلفية موجات الجاذبية من خلال تتبع التغيرات المرتبطة في أوقات وصول إشعاع النجم النابض إلى الأرض. ومع ذلك، هذا لا يكفي لاستنتاجات نهائية. لذلك، أعلن علماء الفلك عن خطط لإنشاء IPTA، وهي شبكة من الأدوات التي ستمكن من اكتشاف مثل هذه الانحرافات لعدد كبير من النجوم النابضة.
سيتم الكشف عن خلفية موجة الجاذبيةخطوة كبيرة إلى الأمام، ولكنها مجرد خطوة أولى. ستكون المرحلة التالية هي اكتشاف مصادرهم، وبعد ذلك - كل ما يمكنهم إخبارنا به عن الكون.
جوزيف سيمون، عالم الفيزياء الفلكية والمؤلف الرئيسي لهذه الورقة
قراءة المزيد
البحث: لن يتمكن البشر من التحكم في آلات الذكاء الاصطناعي فائقة الذكاء
الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون
شاهد أجمل صور هابل. ما الذي شاهده التلسكوب خلال 30 عامًا؟