تشير دراسة دولية ضخمة إلى أن الكون يموج بخلفية موجية ثقالية باهتة ناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء
في 29 يونيو ، نشرت خمسة فرق مستقلة من علماء الفلك الراديوي سلسلة من الأوراق البحثية تقدم أدلة على أن الكون مليء بموجات الجاذبية الناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء الهائلة.
ال امريكي شماليو أوروبي ، هنديو صينى و الاسترالية رصدت الفرق النجوم الميتة سريعة الدوران والمعروفة باسم النجوم النابضة لجمع معلومات حول موجات الجاذبية.
“النتائج المقدمة اليوم تمثل بداية رحلة جديدة في الكون لكشف النقاب عن بعض ألغازه التي لم يتم حلها ،” مايكل كيث قال محاضر في الفيزياء الفلكية في مركز Jodrell Bank للفيزياء الفلكية بجامعة مانشستر وعضو في مصفوفة توقيت بولسار الأوروبي (EPTA) ، في إفادة.
موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان التي تنتقل عبر الكون بسرعة الضوء. على الرغم من أن ألبرت توقع أينشتاين وجودهم في عام 1916 ، استغرق الأمر ما يقرب من قرن كامل قبل اكتشاف اهتزازات الزمكان على الأرض من خلال مرصد الليزر لمقياس التداخل والموجات الثقالية (LIGO) في عام 2015.
تتسبب موجات الجاذبية في تمدد الفضاء وانضغاطه. من خلال القياس الدقيق لكيفية تغيير الأجسام في الفضاء لمواقعها بالنسبة لبعضها البعض ، يمكن للعلماء استنتاج مرور موجة الجاذبية. ليغو رصد كيف أن أطوال الأنفاق التي يبلغ طولها 2.5 ميل (4 كيلومترات) تغيرت بأقل من واحد في الألف من حجم البروتون. بفضل هذا الإنجاز الهندسي ، اكتشف الباحثون عام 2015 موجات الجاذبية التي تنتجها الثقوب السوداء أكبر بعشرات المرات من كتلة الشمس.
ولكن لاكتشاف الضجيج منخفض التردد لموجات الجاذبية التي تنتجها الثقوب السوداء الهائلة التي تفوق كتلة الشمس بمليارات المرات ، يتطلب كاشفًا أكبر بكثير من حجم الأرض.
كاشف الموجات الثقالية على نطاق المجرة
يقيس علماء الفلك كيفية قياس المسافة بين الأرض والنجوم النابضة في درب التبانة تتغير بسبب موجات الجاذبية التي تنتقل عبر مجرتنا. يُعرف هذا بمصفوفة توقيت النجم النابض.
النجوم النابضة هي بقايا انفجارات المستعر الأعظم: النجوم المحتضرة التي تنهار إلى درجة عالية من المغناطيسية وتدور بسرعة النجوم النيوترونية التي تنبعث منها باستمرار حزم من الإشعاع الكهرومغناطيسي. يمكن للحزم أن تجتاح الفضاء عدة مئات من المرات في الثانية. عندما يشير بعضها نحو الأرض ، فإنها تظهر كنبضات راديوية منتظمة للغاية.
“النجوم النابضة هي ساعات طبيعية ممتازة ،” ديفيد شامبيونقال العالم في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي و EPTA في البيان. “نحن نستخدم الانتظام المذهل لإشاراتهم للبحث عن تغييرات دقيقة في دقاتهم لاكتشاف التمدد والضغط الدقيق للزمكان”.
رصدت عالمة الفلك البريطانية جوسلين بيل بورنيل أول نجم نابض في عام 1967. وخلال الخمسة عشر عامًا الماضية ، راقب علماء الفلك الراديوي من الفرق المختلفة بدقة نبضات ما مجموعه حوالي 100 نجم نابض سريع الدوران.
“النجوم النابضة هي في الواقع مصادر راديو خافتة للغاية ، لذلك نحتاج إلى آلاف الساعات سنويًا على أكبر تلسكوبات في العالم لإجراء هذه التجربة ،” مورا ماكلولين قال أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة وست فرجينيا ومرصد أمريكا الشمالية نانوهيرتز لموجات الجاذبية (NANOGrav) ، في تقرير منفصل إفادة.
بدلاً من اكتشاف موجات الجاذبية الفردية التي تمر عبر درب التبانة ، تدرس الفرق الخمسة المختلفة الخلفية الكاملة لموجات الجاذبية منخفضة التردد التي تملأ الكون. التذبذبات البطيئة في المسافات بين النجوم النابضة والأرض صغيرة للغاية – في حدود جزء واحد في ألف مليون – ويتعين على علماء الفلك أن يصمموا بعناية جميع مصادر الضوضاء المحتملة التي تظهر أيضًا في ملاحظاتهم ، بما في ذلك سحب الغاز و الغبار الذي تنتقل عبره نبضات الراديو ، وحركة الأرض عبر الفضاء ، وكذلك إزاحة التلسكوبات بسبب حركة القارات التي تقف عليها.
كشف البحث الكوني الذي استمر 15 عامًا أخيرًا عن أول تلميحات لإشارة موجات الجاذبية التي من المحتمل أن تكون ناتجة عن الثقوب السوداء الهائلة. “عندما رأيت ظهور نمط الموجات الثقالية ، حصلت على فراشات ،” ستيفن تايلور من جامعة فاندربيلت ورئيس NANOGrav التعاون قال في مؤتمر صحفي.
أصل هائل؟
على الرغم من أن الإشارة لم تصل بعد إلى المعيار الذهبي للاكتشاف الذي حدده المجتمع العلمي ، إلا أن علماء الفلك يشعرون بالثقة في أن نتائجهم تعطي “دليلًا مقنعًا” على خلفية موجة الجاذبية التي يُرجح أن تكون ناتجة عن أزواج من الثقوب السوداء العملاقة.
تحتوي معظم المجرات على ثقب أسود عملاق في مركزها (مثل درب التبانةالخاصة القوس أ * والبعيد M87 * تم تصويره مؤخرًا بواسطة Event Horizon Telescope). هذه الوحوش الكونية لها كتلة تتراوح من بضع مئات الآلاف من كتلة الشمس إلى عشرات المليارات من كتلة الشمس المذهلة. عندما تصطدم المجرات ، يمكن أن تأتي ثقوبها السوداء العملاقة بالقرب من بعضها البعض. بينما يدورون حول بعضهم البعض في رقصة الفالس الكونية البطيئة ولكن المستمرة ، فإنهم ينبعثون من موجات الجاذبية منخفضة التردد التي كان علماء الفلك يبحثون عنها.
“الآن لدينا أخيرًا دليل قوي على وجود العديد من هذه الثنائيات الضخمة للغاية والقريبة. بمجرد اقتراب الثقبين الأسودين بما يكفي لرؤيتهما بواسطة مصفوفات توقيت النجوم النابضة ، لا شيء يمكن أن يمنعهما من الاندماج في غضون بضعة ملايين من السنين فقط ،” لوك كيلي، أستاذ مساعد مساعد في علم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، ورئيس مجموعة الفيزياء الفلكية NANOGrav ، في بيان.
العمليات الفيزيائية المكثفة التي حدثت بعد الانفجار العظيم يمكن أن تساهم أيضًا في خلفية موجة الجاذبية. بينما تجمع الفرق مجموعات بياناتها وتواصل ملاحظاتها ، فإنها ستحقق بمزيد من التفصيل في كل من خصائص أزواج الثقوب السوداء العملاقة ، وربما حتى الفيزياء الغريبة في الكون المبكر.
قال تايلور: “ستكون بياناتنا المجمعة أقوى بكثير”. “نحن متحمسون لاكتشاف الأسرار التي سيكشفونها عن كوننا”.
