عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
النجم النابض الموجود في قلب سديم السرطان هو واحد من العديد من النجوم النابضة التي تتم مراقبتها بواسطة مصفوفات التوقيت التي تبحث عن موجات الجاذبية. | المصدر: الأشعة السينية: NASA/CXC/SAO؛ بصري: ناسا/STScI؛ الأشعة تحت الحمراء: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
تشير دراسة جديدة إلى أنه من الممكن تمييز التموجات في الزمكان الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء الهائلة والانفجار الكبير من خلال “الإيقاعات” التي يصدرها أحدهما.
خلال لحظة الانفجار العظيم“التقلبات الكمومية” في الكون توسعت جنبًا إلى جنب مع تضخم الفضاء إلى الخارج، مما أدى إلى إنتاج ما يعرف بالبدائية موجات الجاذبية. ومن الناحية النظرية، ينبغي لهذه الموجات أن تستمر في الانتشار عبر الكون اليوم. وسوف تنضم إليهم موجات الجاذبية القادمة من مصادر أخرى مختلفة، مثل الثقوب السوداء الهائلة التي اصطدمت واندمجت في مختلفة المجرات. معًا، ينبغي لهذه الموجات بالإضافة إلى موجات الانفجار الكبير أن تنتج خلفية من التموجات الخافتة في جميع أنحاء الكون. إذن، كيف يمكننا العثور على التموجات؟
للبحث عن خلفية موجات الجاذبية هذه، يستخدم علماء الفلك ببراعة مصفوفات من النجوم النابضة. هذه هي النجوم الميتة التي تدور بسرعة كافية حتى تومض حزم الإشعاع المنبعثة من أقطابها المغناطيسية بشكل متكرر في اتجاهنا، وتظهر على شكل نبضات راديوية. والأهم من ذلك، أن النجوم النابضة تتميز بكفاءة عالية في حفظ الوقت، وهي من بين أكثر النجوم دقة في العالم الكون. أي انحراف في نبضاتهم هو علامة على وجود خطأ ما.
إذا كان الفضاء مملوءًا بموجات الجاذبية المحيطة الناتجة عن التضخم والثقوب السوداء الثنائية الهائلة، فعادةً ما ستتموج إحدى هذه الموجات عبر الفضاء بيننا وبين النجوم النابضة القريبة (على نطاق المجرة بالطبع). إذا أظهر عدد من النجوم النابضة في نفس المنطقة تقريبًا من السماء فجأة نفس الانحراف في توقيت نبضاتها، فهذا دليل كبير على أن موجة الجاذبية قد مرت بيننا وبينها.
في عام 2023، أصدر NANOGrav، مرصد Nanohertz في أمريكا الشمالية لموجات الجاذبية، والذي يعمل جنبًا إلى جنب مع تجارب مماثلة في أستراليا وأوروبا والهند، نتائج تشير بقوة إلى أنهم قد فعلوا ذلك. الأدلة المكتشفة لخلفية موجة الجاذبية باستخدام صفائف توقيت النجم النابض. على الرغم من أن النتائج ليست مؤكدة بعد، إلا أنه إذا تم إثبات ذلك، فستكون الخطوة التالية هي محاولة فصل جميع مصادر موجات الجاذبية المحيطة.
لدى هيديكي أسادا وشون ياماموتو، وهما فيزيائيان من جامعة هيروساكي في اليابان، فكرة عن ذلك.
وقال أسادا في بحثه: “في بحثنا، استكشفنا الوضع الذي ينتج فيه زوج قريب من الثقوب السوداء فائقة الكتلة إشارة قوية بشكل خاص”. إفادة. “إذا كان هناك نظامان من هذا القبيل لهما ترددات متشابهة جدًا، فإن موجاتهما يمكن أن تتداخل وتخلق نمطًا إيقاعيًا، كما هو الحال في الصوتيات. ويمكن لهذه الميزة، من حيث المبدأ، أن تسمح لنا بتمييزها عن الخلفية العشوائية للتضخم.”
موجات الجاذبية الصادرة عن ثقبين أسودين ثنائيين فائقي الكتلة لهما نفس ترددات موجات الجاذبية (في نظام النانوهيرتز، مما أدى إلى أطوال موجية عديدة سنة ضوئية طويلة)، الناتجة عن أن الثقوب السوداء ذات كتل متماثلة وتباعدات متشابهة، يمكن أن تدخل في حالة من التراكب أثناء مرورها فوق بعضها البعض. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى تداخل بناء ومدمر مع محاذاة قمم وقيعان موجات الجاذبية، مما يطبع تعديلًا على انحرافات توقيت النجم النابض التي يمكن اكتشافها بواسطة أدوات أكثر حساسية مما هو متاح حاليًا.
ومن خلال التمييز بين المساهمة من ثنائيات الثقوب السوداء فائقة الكتلة، سيتمكن علماء الفلك من التعامل مع تقدير عدد هذه الأنظمة الموجودة في الكون وتحديد كتلتها. والأمر الأكثر إثارة هو أن حساب موجات الجاذبية الصادرة عن الثقوب السوداء الهائلة سيفصلها عن موجات الجاذبية البدائية. وقد تم إنتاج هذه العناصر أثناء التضخم، الذي حدث في أول جزء صغير من الثانية، وتمييزها البدائي سيساعد علماء الكونيات في معرفة المزيد عن فجر الخلق.
أسادا وياماموتو بحث تم نشره في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.