لماذا تهب موجات الجاذبية الجديدة بأذهان العلماء حول العالم

في إعلان يهز الكون ، قدم الاتحاد الدولي لعلماء الفلك دليلاً على أن نسيج الكون يهتز باستمرار بموجات الجاذبية التي تمتد لسنوات ضوئية.

لوحظت هذه الاضطرابات منخفضة التردد في الزمكان بمساعدة شبكة واسعة من المجرة من النجوم النيوترونية سريعة الدوران (بقايا النجوم الضخمة بعد انفجارات المستعر الأعظم) تسمى النجوم النابضة.

تعمل النبضات المنتظمة للضوء الراديوي التي تعطي النجوم النابضة اسمها كمقياس كوني دقيق ، وتضربنا مرة واحدة في كل دورة نجمية ، مئات المرات في الثانية.

مع تمدد موجات الجاذبية وضغط الفضاء الذي تمر به ، مما يؤدي إلى تغيير طفيف في المسافة إلى النجوم النابضة ، يمكن استنتاج وجود دقات الميترونوم هذه إذا وصلت في نمط معين عبر السماء في وقت أبكر أو متأخرًا قليلاً عن المصادر.

على الرغم من أن علماء الفلك متحمسون جدًا لهذا التطور الأخير ، إلا أنه من المفهوم إذا كنت تواجه القليل من الديجافو. ألم نكتشف بالفعل موجات الجاذبية؟ ألا نعرف أن هؤلاء موجودون هناك؟ صحيح أن السلاسل الزمنية للنجم النابض (PTAs) لا تقدم لنا أول دليل على وجود موجات الجاذبية.

يذهب هذا الشرف إلى تجربة LIGO ، التي اكتشفت في أواخر عام 2015 اضطرابًا عنيفًا في الفضاء عندما اصطدم ثقبان أسودان كتلتهما حوالي 30 كتلة شمسية في مجرة ​​بعيدة.

منذ ذلك الحين ، اكتشف LIGO ، جنبًا إلى جنب مع المراصد الشريكة VIRGO و KAGRA ، ما مجموعه 100 حدث اندماج تشمل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

الاختلاف الكبير في التردد. الإشعاع الكهرومغناطيسي – الضوء – موجود على طيف ، من أشعة جاما عالية التردد (الطول الموجي القصير) إلى الضوء المرئي إلى موجات الراديو ذات التردد المنخفض (الطول الموجي الطويل) ، كما يتم إنتاج موجات الجاذبية بترددات مختلفة. الأحداث الكونية.

المزيد من هذا القبيل

من حيث الاقتران ، فإن العوامل الرئيسية هي كتلة الأشياء والسرعة التي تدور بها بالنسبة لبعضها البعض.

الثقوب السوداء ذات الكتل البينجمية (التي تشكلت من انهيار النجوم الضخمة) تدور مئات المرات في الثانية خلال النبضة النهائية ، مما يخلق موجة من موجات الجاذبية عند الاصطدام.

هذه الموجات لها ترددات عالية وأطوال موجية قصيرة ، مطابقة لمدى حساسية الأجهزة على الأرض.

من ناحية أخرى ، تصدر أزواج الثقوب السوداء الهائلة موجات جاذبية ملحوظة أثناء دورانها لسنوات ، مما يخلق موجات طولها سنة ضوئية وتتطلب كاشفًا بحجم مجرة ​​، ويجمع البيانات على مدى عقود.

الفرق بين ما يظهره لنا LIGO وما نحصل عليه من PTA يشبه الفرق بين صورة من تلسكوب بصري وصورة من هوائي راديو. لا تختلف البيانات وطرق الرصد تمامًا فحسب ، بل تختلف أيضًا الدروس التي نتعلمها عن الكون منها.

ما كل هذا العناء؟

إذن ، ما الذي اكتشفه بالضبط تعاون PTA؟ حتى الآن ، كانت النتيجة الرئيسية التي شاهدها تعاون NANOGrav هي أن موجات الجاذبية منخفضة التردد موجودة في الكون من حولنا.

على الرغم من أن هذا المنشور يحتوي على 15 عامًا من البيانات ، إلا أنه لا يزال غير كاف لتظهر لنا أدلة محددة. لكن هذه الإشارة تتفق مع جوقة كونية من المساهمات التي قدمتها المدارات النهائية لأزواج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تندمج عندما تصطدم مجراتها.

بالنظر إلى أن خلفيتها ناتجة بشكل أساسي عن تصادمات الثقوب السوداء الهائلة ، فإن المعلومات التي تحتويها مذهلة. مع هذه النتائج الأولية الأولية ، هناك بالفعل دلائل على أن المراحل النهائية من عمليات الاندماج بين المجرات قد تكون أكثر إثارة مما توقعنا.

أولاً ، الإشارة أعلى صوتًا مما اعتقده علماء الفلك ، بناءً على حسابات واضحة جدًا لكيفية تصادم المجرات مع ثقوبها السوداء الهائلة.

قد يشير هذا إلى أن الثقوب السوداء الهائلة ، في المتوسط ​​، أكبر بكثير أو تتصادم أكثر من المتوقع. هناك أيضًا بعض الدلائل على أن التصادمات تساعدها البيئات الفيزيائية الفلكية التي تحدث فيها.

هذا يعني أن نوى المجرات فوضوية بعض الشيء والتأثير المشترك لجميع النجوم والغازات وبعض الأشياء غير المتوقعة المعلقة حولها تغذي الثقوب السوداء بما يكفي لتندمج بسرعة.

مع بضع سنوات أخرى من الملاحظات ومجموعة من البيانات من جميع اتفاقيات الآباء والمعلمين ، يجب أن نبدأ في رؤية تلميحات من المصادر الفردية. يثير هذا احتمال وجود علم فلك متعدد المرسال ، حيث يمكن لحدث موجة الجاذبية أن ينبهنا إلى اندماج يمكننا ملاحظته باستخدام تلسكوب تقليدي.

بينما تمنحنا تجربة LIGO رؤى جديدة حول تكوين النجوم وتطورها من خلال التقاط اللحظات الأخيرة لبقايا النجوم ، يمكن أن توضح لنا PTAs تطور وتشكيل المجرات: اللبنات الأساسية للبنية واسعة النطاق للكون.

بالطبع ، كل هذا يعتمد على الإشارة من تصادمات الثقوب السوداء الهائلة. قد نكون مخطئين تمامًا بشأن ذلك (البيانات لا تزال غير حاسمة) – لا يزال احتمالًا مثيرًا للغاية.

العمليات العنيفة التي ربما تكون قد شكلت الكون المبكر قد تخلق أيضًا خلفية من موجات الجاذبية منخفضة التردد ، مثل بعض أشكال المادة المظلمة وبعض بقايا الانفجار العظيم المفترضة.

إن اكتشاف أي منها كإشارة مهيمنة أو كإسهام في ذلك من شأنه أن يحدث ثورة كاملة في فهمنا لتاريخنا الكوني.

غالبًا ما يقال إنه في كل مرة نفتح فيها نافذة جديدة على الكون ، نرى شيئًا جديدًا تمامًا وغير متوقع. في السنوات القادمة ، سيتم الكشف عن القوة الكاملة لـ PTAs لإلقاء الضوء على بيئتنا الفضائية.

ربما يعطوننا رؤية أفضل لهيكل الكون. ربما سيفاجئوننا جميعًا. أنا شخصياً لا أطيق الانتظار لمعرفة الجواب.

اقرأ المزيد عن الفضاء: