تم اكتشاف موجات الجاذبية الهائلة لأول مرة

تم اكتشاف موجات الجاذبية الهائلة لأول مرة  في نسيج المكان والزمان ، على مقياس سنوات ضوئية ، وفقًا لبحث جديد أعلنه علماء الفلك. موجات الجاذبية بهذا الحجم هي النوع الذي يتوقعه العلماء من اندماج الثقوب السوداء الهائلة ، كل منها يصل إلى مليارات المرات من كتلة الشمس.

من خلال دراسة اختلافات التوقيت في الدفقات الراديوية من البقايا النجمية الملتفة المعروفة باسم النجوم النابضة ، تمكن العلماء من مرصد أمريكا الشمالية نانوهيرتز لموجات الجاذبية (NANOGrav) من التقاط هذه الموجات. يعد الاكتشاف ، الذي تم إجراؤه باستخدام كاشف طبيعي يمتد لآلاف السنين الضوئية ، بإلقاء الضوء على كيفية مساعدة الثقوب السوداء الهائلة في تشكيل الكون. قد تكشف الأبحاث المستقبلية حول هذه الالتواءات في الزمكان المكتشفة حديثًا عن أدلة حول اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم وتساعد في حل الألغاز مثل طبيعة المادة المظلمة ، التي يعتقد العلماء أنها تشكل حوالي خمسة أسداس المادة في الكون.

عندما يتسارع أي جسم له كتلة ، فإنه يولد تشوهات تعرف باسم موجات الجاذبية التي تطير بسرعة الضوء ، وتمتد وتضغط على الزمكان على طول الطريق. اكتشف العلماء ، الذي تنبأ به ألبرت أينشتاين في عام 1916 ، أول دليل مباشر على موجات الجاذبية في عام 2015 باستخدام مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية (LIGO) ، والذي يستشعر التشوهات الميكروسكوبية التي تحدثها الموجات أثناء مرورها عبر المادة. هذه التموجات مفيدة بشكل خاص في الحصول على رؤى حول المصادر التي لا يمكن رؤيتها مباشرة باستخدام الضوء ، مثل الثقوب السوداء.

مثلما يأتي الضوء في مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية والترددات – من أشعة جاما ذات الطول الموجي القصير وعالي التردد إلى الموجات الراديوية ذات الطول الموجي المنخفض والترددات المنخفضة – كذلك تفعل موجات الجاذبية أيضًا. يكتشف LIGO موجات الجاذبية عالية التردد ذات الأطوال الموجية التي يبلغ طولها حوالي 1800 ميل . تقول سارة فيجلاند ، عالمة الفيزياء في جامعة ويسكونسن في ميلووكي وعضو NANOGrav: “إنه يرى الأشياء التي تتغير على فترات زمنية قصيرة”.

اكتشف العلماء الآن لأول مرة موجات جاذبية منخفضة التردد ذات أطوال موجية طويلة جدًا ، وسيستغرق الضوء سنوات أو عقودًا للانتقال من قمة إلى أخرى. قام العلماء بتفصيل نتائجهم في خمس دراسات في مجلة Astrophysical Journal Letters .

يقول فيجلاند: “لقد بدأنا في استكشاف جزء جديد تمامًا من عالم موجة الجاذبية”. “إننا نرى أشياءً تتغير وفقًا لمقاييس زمنية تتراوح من شهور إلى سنوات”.

كاشف المجرة

لاكتشاف هذه التموجات العملاقة ، احتاج العلماء إلى مجموعة مستشعرات أكبر بكثير من الأرض. على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، حلل NANOGrav النجوم الميتة عبر مجرة ​​درب التبانة لإنشاء كاشف لموجات الجاذبية على نطاق المجرة.

ركز الباحثون على ما يسمى بالنجوم النابضة ميلي ثانية ، والتي يتم إنشاؤها عندما تموت النجوم الضخمة في انفجار سوبر نوفا ، تاركة وراءها بقايا تدور بسرعة. تنفجر بقايا النجوم الكثيفة هذه حزمًا مزدوجة من موجات الراديو من أقطابها المغناطيسية ، وتومض مثل منارات المنارة. في كل مرة تمر فيها هذه الحزم عبر الأرض ، تكتشف التلسكوبات الراديوية نبضة ، حيث يصل المئات كل ثانية بطريقة دقيقة للغاية ، مثل دقات الساعة المجرية.

يقول ستيفن تايلور ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة فاندربيلت في ناشفيل ورئيس NANOGrav: “لقد اخترقنا المجرة لصنع هوائي موجة جاذبية عملاقة”.

رصد العلماء 68 من هذه النجوم النابضة خلال بضعة آلاف من السنين الضوئية من الأرض. نظرًا لأن موجات الجاذبية تجعل الزمكان ينكمش ويتوسع ، فإنها تغير الفترات الزمنية بين النبضات الراديوية ، مما يؤخر بعض النبضات بينما يسرع البعض الآخر بطريقة فريدة ويمكن التنبؤ بها. شوهدت هذه الاختلافات أيضًا في أزواج من النجوم النابضة تتبع نمطًا يعتمد على المسافة بين كل عضو في الزوج ، مما يدعم فكرة أن موجة الجاذبية كانت تؤثر على كلا الجسمين وأن NANOGrav لم يكن ببساطة يكتشف التقلبات العشوائية.