اكتشف العلماء لأول مرة تموجات في الفضاء المعروف باسم موجات الجاذبية من اندماج اثنين من الثقوب السوداء في سبتمبر 2015. هذا الاكتشاف يمثل تتويجا للسعي لمدة 100 عام لإثبات أحد تنبؤات آينشتاين.
بعد عامين من هذه اللحظة التي تم توقيفها في الفيزياء ، جاءت اختراقًا ثانيًا في وقت متأخر من الصيف في أغسطس 2017: أول اكتشاف للموجات الجاذبية مصحوبة بأمواج كهرومغناطيسية من دمج نجمتين نيوترون.
موجات الجاذبية مثيرة للعلماء لأنها توفر رؤية جديدة تمامًا للكون. يعتمد علم الفلك التقليدي على الموجات الكهرومغناطيسية – مثل الضوء – ولكن الموجات الجاذبية هي رسول مستقل يمكن أن ينبع من الأشياء التي لا تنبعث منها الضوء. لقد فتح الكشف عن موجة الجاذبية الجانب المظلم للكون ، مما يمنح العلماء الوصول إلى الظواهر لم يلاحظه من قبل.
بصفتي فيزيائيًا لجاذبية الجاذبية مع أكثر من 20 عامًا من الخبرة البحثية في التعاون العلمي في LIGO ، رأيت بشكل مباشر كيف حولت هذه الاكتشافات معرفة العلماء بالكون.
هذا الصيف ، في عام 2025 ، كان العلماء مع تعاون Ligo و Virgo و Kagra أيضًا علامة فارقة جديدة. بعد توقف طويل لترقية معداته ، أصدر هذا التعاون للتو قائمة محدثة من اكتشافات الموجة الجاذبية. توفر الاكتشافات في هذه القائمة الباحثين نظرة غير مسبوقة للكون الذي يضم ، من بين أشياء أخرى ، أوضح اكتشاف الموجة الجاذبية حتى الآن.
ما هي موجات الجاذبية؟
تنبأ ألبرت أينشتاين أولاً بوجود موجات الجاذبية في عام 1916. وفقًا لنظرية آينشتاين للجاذبية ، والمعروفة باسم النسبية العامة ، والأشياء السماوية الضخمة والكثيفة ، تنحني الفضاء والوقت.
عندما تكون هذه الأشياء الضخمة ، مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية – المنتج النهائي لـ Supernova – يدور حول بعضها البعض ، فإنها تشكل نظامًا ثنائيًا. تمتد الحركة من هذا النظام ديناميكيًا وتضغط على المساحة المحيطة بهذه الكائنات ، مما يرسل موجات الجاذبية عبر الكون. هذه الأمواج على الإطلاق تغير المسافة بين الكائنات الأخرى في الكون أثناء مرورها.
يتطلب اكتشاف الموجات الجاذبية قياس المسافات بعناية فائقة. يدير تعاون Ligo و Virgo و Kagra أربعة مراسلين لجاذبية الجاذبية: اثنان من مرصد LIGO في الولايات المتحدة ، مرصد العذراء في إيطاليا ومرصد KAGRA في اليابان.
كل كاشف لديه أذرع على شكل حرف L تمتد على بعد ميلين. تحتوي كل ذراع على تجويف مليء بضوء الليزر المنعكس يقيس بالتحديد المسافة بين مرآة.
مع مرور موجة الجاذبية ، فإنه يغير المسافة بين المرايا بمقدار 10-18 متر – فقط 0.1 ٪ من قطر البروتون. يمكن لعلماء الفلك قياس كيفية تذبذب المرايا لتتبع مدار الثقوب السوداء.
هذه التغييرات الصغيرة في المسافة تشفر كمية هائلة من المعلومات حول مصدرها. يمكنهم إخبارنا عن جماهير كل ثقب أسود أو نجم نيوترون ، وموقعهم وما إذا كانوا يدورون على محورهم الخاص.
اندماج ثقب النجوم النجوم النجمية
كما ذكرنا سابقًا ، أبلغ تعاون LIGO و Virgo و Kagra مؤخرًا عن 128 عملية دمج ثنائية جديدة من البيانات التي تم التقاطها بين 24 مايو 2023 و 16 يناير 2024 – والتي تضاعف أكثر من العدد السابق.
من بين هذه الاكتشافات الجديدة اندماج ثقب النجوم النيوتروني. يتكون هذا الاندماج من ثقب أسود فاتح نسبيًا مع الكتلة بين 2.5 و 4.5 أضعاف كتلة شمسنا المقترنة بنجمة نيوترونية تبلغ 1.4 أضعاف كتلة شمسنا.
في هذا النوع من النظام ، ينظر العلماء إلى أن الثقب الأسود يمزق النجم النيوتروني قبل ابتلاعه ، والذي يطلق الموجات الكهرومغناطيسية. للأسف ، لم يتمكن التعاون من اكتشاف أي من هذه الموجات الكهرومغناطيسية لهذا النظام بالذات.
إن اكتشاف نظير كهرومغناطيسي إلى ثقب أسود يمزق نجم نيوتروني هو من بين الكأس المقدسة لعلم الفلك والفيزياء الفلكية. ستوفر هذه الموجات الكهرومغناطيسية مجموعات البيانات الغنية المطلوبة لفهم كل من الظروف القصوى الموجودة في المادة ، والجاذبية الشديدة. يأمل العلماء في الحصول على حظ أفضل في المرة القادمة التي يكتشف فيها أجهزة الكشف مثل هذا النظام.
موجات ثنائية واضحة واضحة
في يوليو 2025 ، أعلن تعاون Ligo و Virgo و Kagra أيضًا أنهم عثروا على أكثر اندماج ثنائي ثنائي كبير تم اكتشافه على الإطلاق. الكتلة المشتركة لهذا النظام هي أكثر من 200 ضعف كتلة شمسنا. ومن المحتمل أن يكون لدى أحد الفتحتين السوداء في هذا النظام كتلة لا يمكن إنتاج العلماء في السابق من انهيار نجم واحد.
إن أحدث اكتشاف أعلنته تعاون LIGO و Virgo و Kagra ، في سبتمبر 2025 ، هو أوضح ملاحظة موجة الجاذبية حتى الآن. هذا الحدث هو استنساخ قريب من أول مراقبة موجة الجاذبية منذ 10 سنوات ، ولكن نظرًا لأن أجهزة الكشف عن ليجو قد تحسنت على مدار العقد الماضي ، فهي تبرز فوق الضوضاء ثلاثة أضعاف ما هو الاكتشاف الأول.
نظرًا لأن إشارة الموجة الجاذبية المرصودة واضحة للغاية ، يمكن للعلماء أن يؤكدوا أن الثقب الأسود النهائي الذي تشكل من الاندماج المنبعث من موجات الجاذبية تمامًا كما ينبغي وفقًا للنسبية العامة.
كما أظهروا أن مساحة سطح الثقب الأسود النهائي كانت أكبر من مساحة السطح للثقوب السوداء الأولية مجتمعة ، مما يعني أن الاندماج زاد من الانتروبيا ، وفقًا للأعمال التأسيسية من ستيفن هوكينج وجاكوب بيكينشتاين. إنتروبيا يقيس مدى اضطراب النظام. من المتوقع أن تزيد جميع التفاعلات المادية من اضطراب الكون ، وفقًا للديناميكا الحرارية. أظهر هذا الاكتشاف الأخير أن الثقوب السوداء تطيع قوانينها المشابهة للديناميكا الحرارية.
بداية إرث أطول
إن الجولة الرابعة المراقبة الرابعة لـ LIGO و Virgo و Kagra Collaboration مستمرة وستستمر حتى نوفمبر. أتوقع أنا وزملائي أكثر من 100 اكتشاف إضافي خلال العام المقبل.
قد تصل الملاحظات الجديدة التي تبدأ في عام 2028 إلى حصيلة عمليات الدمج الثنائية إلى ما يصل إلى 1000 بحلول عام 2030 ، إذا كان التعاون يحتفظ بتمويله.
مراقبة الموجة الجاذبية لا تزال في مهدها. قد تؤدي الترقية المقترحة إلى LIGO التي تسمى## إلى زيادة معدل الكشف عن الموجة الجاذبية بعامل آخر من 10. من شأن المراصد الجديدة المقترحة التي تسمى المستكشف الكوني وتلسكوب أينشتاين الذي قد يتم بناؤه في 10 إلى 20 عامًا ، من شأنه أن يزيد من معدل اكتشاف الموجة الجاذبية بمقدار 1000 ، نسبة إلى المعدل الحالي ، من خلال تخفيض الضوضاء في هذا المجاز.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبها: تشاد حنا ، ولاية بنسلفانيا
اقرأ المزيد:
تتلقى تشاد حنا التمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم.