تم اكتشاف موجات الجاذبية مرة أخرى

منذ زمن بعيد ، على بعد حوالي 3 مليارات سنة ضوئية من الأرض ، كان هناك ثقبان أسودان يدوران حول بعضهما البعض. بمرور الوقت ، جعلتهم قاطرات الجاذبية الخاصة بهم يتصاعدون إلى الداخل باتجاه بعضهم البعض. في النهاية ، تبنوا اندماجًا كارثيًا. دمجهم الحدث في ثقب أسود واحد ضخم. كانت كتلته حوالي 49 ضعف كتلة شمسنا. تتحرك عبر الكون بسرعة الضوء ، والتذبذبات التي أحدثها هذا الانهيار للزمكان وصلت أخيرًا إلى الأرض في 4 كانون الثاني (يناير) الماضي. واكتشف زوج من الأدوات التوأم الحساسة بشكل لا يصدق التمدد والضغط الضيق للمكان والزمان اللذين تسببوا في ذلك.

يُعرف زوج الكاشفات باسم LIGO ، لمرصد موجات الجاذبية بالليزر المتقدم. وصف العلماء اكتشاف موجة الجاذبية هذا بواسطة LIGO في 1 يونيو في Physical Review Letters . في مؤتمر صحفي قبل يوم واحد ، بشر العلماء بهذا ، التأكيد الثالث لوجود موجات الجاذبية.

الشرح:ما هي موجات الجاذبية؟

يرى مايكل لاندري أن موجات الجاذبية "هي أقوى الأحداث الفلكية التي يشهدها البشر". يرأس مرصد LIGO في هانفورد ، واشنطن.

في إعلانه عن هذا الاكتشاف الأخير للموجات المراوغة ، أشار لاندري إلى أن اندماج الثقوب السوداء الذي ولدها قد حول ما يعادل كتلة شمسين إلى طاقة. ثم تشع هذه الطاقة عبر الكون في جميع الاتجاهات كموجات الجاذبية.

من المحتمل أن يبدأ الثقب الأسود كنجم منهار. تتكثف كتلته كلها في فضاء محشو بالمادة بشكل كثيف لدرجة أن مجال جاذبيته يصبح هائلاً أيضًا. في الواقع ، الجاذبية المرتبطة بالثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء - حتى الضوء - الهروب منه. لذا فإن الثقب الأسود ليس ثقبًا في الواقع. يبدو أنها مجرد مساحة فارغة لأنه لا يوجد ضوء يمكن أن يضيءها.

يتكون كل من كاشفين من LIGO ، في هانفورد وليفينجستون ، من زوج من أذرع بطول 4 كيلومترات. إنها بمثابة مساطر ضخمة للغاية لقياس تمدد الزمكان الناتج عن تموج موجات الجاذبية.

وفقًا لنظرية أينشتاين في الجاذبية - النظرية العامة للنسبية - ستثني الأجسام الضخمة نسيج الفضاء. سيخلق هذا تموجات عندما تتسارع. يمكن أن يحدث ذلك ، على سبيل المثال ، عندما يدور جسمان حول بعضهما البعض.

هذه التموجات صغيرة جدًا:تم ضبط LIGO لاكتشاف الموجات التي تمتد وتضغط على الذراعين بمقدار جزء من الألف من قطر البروتون. تصادمات الثقوب السوداء هي واحدة من الأحداث القليلة في الكون التي تعتبر كارثية بما يكفي لإنتاج تموجات في الزمكان كبيرة بما يكفي لاكتشافها من مسافة بعيدة.

كانت الثقوب السوداء التي ولّدت الموجات الأخيرة ضخمة بشكل خاص. كتلة واحدة تبلغ حوالي 31 ضعف كتلة شمسنا. كان للآخر حوالي 19 ضعف كتلة الشمس. أول اكتشاف لموجات الجاذبية من قبل LIGO ، والذي تم الإعلان عنه قبل 16 شهرًا ، جاء من ثنائي أكبر:اصطدام الثقوب السوداء 36 و 29 ضعف كتلة الشمس. تميز الاكتشاف الثاني لـ LIGO بوجود ثقبين أسودين أصغر حجمًا ، تبلغ كتلته 14 وثمانية أضعاف كتلة الشمس.

مشاهدات Ligo

تم إنتاج ثلاث مشاهدات لموجات الجاذبية من قبل LIGO ، حتى الآن ، من خلال اندماج الثقوب السوداء. لكن هذه الاندماجات اختلفت في الكتلة والمسافة والطاقة المنبعثة على شكل موجات ثقالية.

يصعب تفسير الثقوب السوداء الثقيلة. السبب:لا بد أن النجوم التي انهارت لتكوينها كانت أكثر ضخامة. عادة ، تهب الرياح النجمية بثبات الكتلة مع تقدم النجوم في العمر. هذا يمكن أن يؤدي إلى ثقب أسود صغير. لكن في ظل ظروف معينة ، قد تكون هذه الرياح ضعيفة. على سبيل المثال ، قد تحتوي النجوم على عدد قليل من العناصر أثقل من الهيليوم أو تحتوي على مجالات مغناطيسية شديدة. تشير الكتل الكبيرة للثقوب السوداء في ليجو إلى أنها تشكلت في مثل هذه البيئات.

من الواضح أن علماء الفيزياء الفلكية لا يفهمون تمامًا كيف تتشكل هذه الثقوب السوداء الكبيرة. ولكن الآن ، "يبدو أن هذه ليست نادرة الحدوث" ، كما يقول الفيزيائي كليفورد ويل. "من الواضح أن هناك طريقة لإنتاج هذه الثقوب السوداء الضخمة." سوف يعمل في جامعة فلوريدا في غينزفيل.

يختلف العلماء أيضًا حول كيفية شراكة الثقوب السوداء. تقول إحدى النظريات أن نجمين متجاورين ينفجر كل منهما وينتج ثقبين أسودين ، ثم يدوران إلى الداخل. والسبب الآخر هو أن الثقوب السوداء تجد بعضها البعض داخل مجموعة كثيفة من النجوم ، حيث تغرق الثقوب السوداء الضخمة في مركز الكتلة.

يوفر الاكتشاف الجديد لموجات الجاذبية بعض الدعم لنظرية العنقود النجمي. يشير نمط الموجة الذي لاحظه LIGO إلى أن أحد الثقوب السوداء ربما يدور في الاتجاه المعاكس لمدارها. مثل الرقص الكوني ، يدور كل ثقب أسود في زوج على محوره بينما يدور لولبيًا نحو الداخل. من المرجح أن الثقوب السوداء التي تقترن كنجوم لها دوران في محاذاة مداراتها. ولكن إذا وجدت الثقوب السوداء بعضها البعض بدلاً من ذلك في فوضى عنقود نجمي ، فيمكنها أن تدور بأي اتجاه. هذا ما يبدو أن LIGO رآه. يقول آفي لوب إن هذا التفسير "ليس محددًا". عالم فيزياء فلكية ، يعمل في جامعة هارفارد في كامبريدج ، ماساتشوستس.

سيحتاج العلماء إلى مزيد من البيانات لمعرفة كيفية تشكل أزواج الثقوب السوداء ، وفقًا لعالم الفيزياء إيمانويل بيرتي. يعمل في جامعة ميسيسيبي في أكسفورد. من المحتمل ، كما يقول ، أن العمليات المختلفة تساهم في هذه الأزواج.

بعد أن رأوا أدلة على ثلاث عمليات اندماج للثقوب السوداء ، يتطلع العلماء إلى مستقبل تصبح فيه اكتشافات موجات الجاذبية أمرًا روتينيًا. كلما تم اكتشاف المزيد من الموجات ، يمكن للعلماء الأفضل اختبار النظريات حول ما يخلقها وكيف. يقول ويل:"هناك بالفعل مفاجآت تجعل الناس يتوقفون ويعيدون النظر في بعض الأفكار القديمة". "بالنسبة لي هذا مثير للغاية."

ملاحظة:تم تصحيح هذه القصة لخطأ في النقل في جدول "الاكتشاف الثالث" في النسخة الأصلية. تشع الكتل الشمسية للكتلة المدمجة والطاقة عندما تم تبديل موجات الجاذبية بدون قصد.