الفلك

ما النظام النجمي / المجرة التي رصدها ليجو لموجة الجاذبية؟

ما النظام النجمي / المجرة التي رصدها ليجو لموجة الجاذبية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل هناك أي إحداثيات لنظام الثقب الأسود ، أو المجرة التي رصدت لها أرصاد ليجو موجة الجاذبية؟ أي إحداثيات لنظام الثقب الأسود الذي تم رصد إشارة موجة الجاذبية فيه؟


كان موقع GW150914 مقيدًا إلى حد ما بفارق 6.9 مللي ثانية بين الحدث عندما تمت ملاحظته بواسطة كاشفين LIGO منفصلين في ليفينجستون وهانفورد.

مزيد من التفاصيل هنا https://www.ligo.caltech.edu/image/ligo20160211b ويوفر هذا الموقع تصورًا لمصدر الأمواج.

لا يمكن تقييد موقع GW150914 إلا ليكون في مكان ما ضمن 600 درجة مربعة بثقة 90٪. هناك الملايين من المجرات المضيفة المحتملة داخل هذه المنطقة.


ما النظام النجمي / المجرة التي رصدها ليجو لموجة الجاذبية؟ - الفلك

موجات الجاذبية هي "تموجات" في نسيج الزمكان ناتجة عن بعض أقوى العمليات في الكون - الثقوب السوداء المتصادمة ، النجوم المتفجرة ، وحتى ولادة الكون نفسه. تنبأ ألبرت أينشتاين بوجود موجات الجاذبية في عام 1916 ، مشتقة من نظريته العامة في النسبية. أظهرت رياضيات أينشتاين أن الأجسام المتسارعة الضخمة (مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء التي تدور حول بعضها البعض) من شأنها أن تعطل الزمكان بطريقة تشع فيها موجات الفضاء المشوه من المصدر. تنتقل هذه التموجات بسرعة الضوء عبر الكون ، وتحمل معلومات حول أصولها ، بالإضافة إلى أدلة على طبيعة الجاذبية نفسها.

لماذا نريد الكشف عنها؟

سيسمح لنا اكتشاف وتحليل المعلومات التي تحملها موجات الجاذبية بمراقبة الكون بطريقة لم تكن ممكنة من قبل. هذا سيفتح نافذة جديدة على الكون.

الطيف الكهرومغناطيسي. الصورة: ويكيميديا ​​كومنز.

تاريخياً ، اعتمد العلماء بشكل أساسي على الملاحظات بالإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء المرئي ، الأشعة السينية ، موجات الراديو ، الموجات الدقيقة ، إلخ) للتعرف على الظواهر في الكون وفهمها. (في السنوات الأخيرة ، تم أيضًا استخدام الجسيمات دون الذرية التي تسمى النيوترينوات لدراسة جوانب من السماوات). كل نوع من مصادر المعلومات هذه يمنح العلماء نظرة مختلفة ومكملة للكون ، حيث تجلب كل نافذة جديدة اكتشافات جديدة ومثيرة.

هل كنا واثقين من وجود موجات الجاذبية حتى قبل أن نكتشفها مباشرة؟

على الرغم من توقع وجود موجات الجاذبية من قبل ألبرت أينشتاين في عام 1916 ، إلا أن الأدلة الرصدية لوجودها لم تظهر حتى عام 1974 عندما اكتشف عالمان فلكان ، روسل هولس وجوزيف تايلور ، نظامًا ثنائيًا للنجوم النابضة (نجمان نيوترونيان يدوران حول بعضهما البعض). عندما قاس علماء الفلك كيف تتغير مدارات النجمين بمرور الوقت ، وجدوا أن التغييرات تتفق جيدًا مع تنبؤات النسبية العامة ، ولم يتركوا أي شك في أن النظام كان يشع طاقة على شكل موجات ثقالية. منذ ذلك الحين ، درس المزيد من علماء الفلك توقيت الانبعاثات الراديوية للنجوم النابضة ووجدوا تأثيرات مماثلة تتفق مع وجود موجات الجاذبية.

لكن هذه التأكيدات كانت غير مباشرة ، من خلال مراقبة تأثيرات موجات الجاذبية "غير المرئية" على الأجسام الفيزيائية الفلكية البعيدة وليس من خلال التأثيرات الفيزيائية الفعلية هنا على الأرض. بهذا المعنى ، كانت ملاحظة موجات الجاذبية من GW150914 أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية - وأكد أخيرًا تنبؤات أينشتاين. كان أيضًا أول دليل مباشر على وجود الثقوب السوداء ، وأن الثقوب السوداء يمكن أن توجد - وتندمج معًا - في أزواج ثنائية.

ما هو أول مصدر لموجة الجاذبية اكتشفناه؟

في 14 سبتمبر 2015 الساعة 09:50:45 بتوقيت جرينتش ، اكتشف الكاشفان التوأم لمرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) - التي يمكن القول إنها أكثر الأدوات العلمية حساسية على الإطلاق - إشارة موجة الجاذبية ، يشار إليها باسم GW150914 ، من اصطدام واندماج زوج من الثقوب السوداء على بعد أكثر من مليار سنة ضوئية من الأرض. كشف تحليلنا أن كتل هذين الثقبين الأسودين كانت كتلة الشمس بمقدار 29 و 36 مرة على التوالي. قدرنا كتلة الثقب الأسود بعد الاندماج بنحو 62 ضعف كتلة الشمس.

إذا قارنا كتل الثقوب السوداء قبل الاندماج وبعده ، فسنلاحظ أن الالتحام حوّل ما يعادل ثلاثة أضعاف كتلة الشمس (أو ما يقرب من ستة ملايين تريليون تريليون كيلوغرام) إلى طاقة موجات الجاذبية ، معظمها انبعث في جزء من الثانية. في الواقع ، كانت قوة موجة الجاذبية التي يشعها GW150914 أكبر بعشر مرات من اللمعان المشترك (أي القوة الضوئية) لكل نجم ومجرة في الكون المرئي.

كيف نعرف أن GW150914 كان اندماجًا لثقب أسود؟

كان مكونا GW150914 متباعدان ببضع مئات من الكيلومترات فقط قبل اندماجهما ، وكانت الثقوب السوداء هي الأجسام الوحيدة المعروفة المدمجة بدرجة كافية لتقريبها معًا دون الاندماج. أيضًا ، استنادًا إلى الكتلة الإجمالية المقدرة للمكونين ، لن يكون زوجًا من النجوم النيوترونية ضخماً بدرجة كافية ، وكان من الممكن أن يندمج بالفعل ثنائي الثقب الأسود والنجم النيوتروني بتردد أقل من القيمة التي لاحظها LIGO.

بعض النتائج الرئيسية لتحليلنا لـ GW150914 ، بمقارنة سلالة موجة الجاذبية المعاد بناؤها (كما رأينا في H1 في هانفورد) مع تنبؤات أفضل شكل موجي مطابق محسوب من النسبية العامة ، خلال المراحل الثلاث من الحدث: انسفيرال ، اندماج و رنين. يظهر أيضًا فصل الثقوب السوداء وسرعتها ، وكيف تتغير مع تطور حدث الاندماج. الائتمان: LIGO.

هل نحن على يقين من أن GW150914 كان حدثًا فيزيائيًا فلكيًا حقيقيًا؟

الإجابة المختصرة هي "نعم" ، ولكن بالطبع هذا سؤال حاسم وقد بذل كل من LIGO Scientific Collaboration و Virgo Collaboration معًا جهدًا كبيرًا لمعالجته ، من خلال إجراء مجموعة متنوعة من الفحوصات المستقلة والشاملة.

أظهرت إشارات هانفورد وليفينجستون نمطًا مشابهًا جدًا ، وكانت قوية بما يكفي لتبرز أمام ضوضاء الخلفية في وقت قريب من الحدث - مثل دفقة من الضحك سمعت فوق ثرثرة خلفية غرفة مزدحمة.

يعد فهم ضوضاء الخلفية جزءًا أساسيًا من تحليلنا ويتضمن مراقبة مجموعة واسعة من البيانات البيئية المسجلة في كلا الموقعين: حركات الأرض وتغيرات درجة الحرارة وتقلبات شبكة الطاقة على سبيل المثال لا الحصر. في موازاة ذلك ، تراقب العديد من قنوات البيانات حالة مقاييس التداخل في الوقت الفعلي - للتحقق ، على سبيل المثال ، من أن حزم الليزر المختلفة متمركزة بشكل صحيح. إذا أشارت أي من هذه القنوات البيئية أو الآلية إلى وجود مشكلة ، فسيتم تجاهل بيانات الكاشف. ومع ذلك ، على الرغم من الدراسات الشاملة ، لم يتم العثور على مثل هذه المشاكل جودة البيانات في وقت الحدث.

(مقتبس من الشكل 1 من منشورنا). حدث الموجة الثقالية GW150914 الذي لوحظ بواسطة كاشفات LIGO Hanford (H1 ، اللوحة اليسرى) و LIGO Livingston (L1 ، اللوحة اليمنى). يوضح المخططان كيف أن إجهاد الموجة الثقالية (انظر أدناه) الناتج عن الحدث في كل كاشف LIGO يختلف كدالة للوقت (بالثواني) والتردد (بالهرتز ، أو عدد دورات الموجة في الثانية). تُظهر كلا المؤتمرين تردد GW150914 الذي يكتسح بشكل حاد لأعلى ، من 35 هرتز إلى حوالي 150 هرتز على مدى عُشر من الثانية. وصل GW150914 أولاً إلى L1 ثم في H1 حوالي سبعة أجزاء من الثانية لاحقًا - بما يتوافق مع الوقت الذي يستغرقه الضوء ، أو موجات الجاذبية ، للتنقل بين الكاشفين. الائتمان: LIGO.

أي اتجاه في السماء كان GW150914؟

يمكننا استخدام الاختلاف في وقت وصول موجات الجاذبية في أجهزة الكشف المختلفة لـ "تثليث" موضع مصدر موجة الجاذبية في السماء. ومع ذلك ، مع اثنين فقط من كاشفات LIGO ، فإن تقديرنا لموقع السماء عادةً ما يكون خامًا جدًا وبالنسبة لـ GW150914 يمكننا فقط تحديد موقعه في حدود 600 درجة مربعة في السماء - حوالي 2500 مرة من مساحة البدر. وبالمثل ، لا يمكن توطين GW151226 إلا في نطاق 800 درجة مربع تقريبًا.

لحسن الحظ ، سيتم تحسين دقة طريقة التثليث هذه بشكل كبير مع إضافة المزيد من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية في المستقبل - بدءًا من الأشهر القليلة المقبلة باستخدام جهاز كشف العذراء المتقدم في إيطاليا.

تظهر المواقع التقريبية لحدثي الموجات الثقالية اللتين تم اكتشافهما حتى الآن بواسطة LIGO في خريطة السماء لنصف الكرة الجنوبي. تمثل الخطوط الملونة احتمالات مختلفة لمكان نشأة الإشارة: يحدد الخط الأرجواني الخارجي المنطقة التي يُتوقع أن تأتي منها الإشارة بمستوى ثقة بنسبة 90 في المائة ، ويحدد الخط الأصفر الداخلي المنطقة المستهدفة بمستوى ثقة بنسبة 10 في المائة. رصيد الصورة: LIGO / Axel Mellinger.

ما هو LIGO؟

ليجو هانفورد وليجو ليفينجستون. الصورة: Caltech / MIT / LIGO Lab.

LIGO (مرصد موجات الجاذبية بالليزر للتداخل) هو أكبر مرصد لموجات الجاذبية في العالم وواحد من أكثر تجارب الفيزياء تطورًا في العالم. يتكون LIGO من مقياسين للتداخل بالليزر يقعان على بعد آلاف الكيلومترات ، أحدهما في ليفينغستون لويزيانا والآخر في ولاية هانفورد واشنطن. يستخدم ليجو الخصائص الفيزيائية للضوء والفضاء نفسه لاكتشاف موجات الجاذبية. تم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، وتديره معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يساهم المئات من العلماء في LIGO Scientific Collaboration ، في العديد من البلدان ، في الفيزياء الفلكية وعلوم الأجهزة في LIGO.

كيف يعمل LIGO؟

يتألف مقياس التداخل مثل LIGO من "ذراعين" متعامدين (في حالة LIGO يبلغ طول كل منهما 4 كيلومترات!) حيث يتم تسليط شعاع الليزر على طولهما وانعكاسه بواسطة المرايا في كل طرف.

التصميم الأساسي لمقاييس التداخل LIGO. الصورة: Caltech / MIT / LIGO Lab.

عندما تمر موجة الجاذبية ، فإن تمدد الفضاء وانضغاطه يتسبب في إطالة وتقصير أذرع مقياس التداخل بالتناوب ، حيث يزداد طول أحدهما بينما يصبح الآخر أقصر ثم العكس.

شد وضغط أذرع مقياس التداخل. الصورة: ويكيميديا ​​كومنز.

نظرًا لأن أذرع مقاييس التداخل تتغير أطوالها ، فإن أشعة الليزر التي تنتقل عبر الذراعين تسافر مسافات مختلفة - مما يعني أن الشعاعين لم يعدا "متدرجين" ويتم إنتاج ما نسميه نمط التداخل. (هذا هو السبب في أننا نطلق على أجهزة LIGO اسم "مقاييس التداخل".)

الآن تأثير هذا التغيير في طول الذراع ضئيل جدًا - بالنسبة لموجة جاذبية عابرة نموذجية ، نتوقع أن يكون عرضها حوالي 1/10000 من عرض البروتون! لكن مقاييس التداخل في ليجو حساسة للغاية لدرجة أنها تستطيع قياس حتى هذه الكميات الصغيرة. يمكن لعلماء LIGO البحث عن نمط تغيرات طول الذراع التي نتوقعها من أنواع مختلفة من مصادر موجات الجاذبية: إذا رأوا النمط ، فسيعرفون أن موجة الجاذبية قد مرت!

إذا امتدت موجة الجاذبية المسافة بين مرايا ليجو ، ألا تمد أيضًا الطول الموجي لضوء الليزر؟

تمتد الموجة الثقالية وتضغط على الطول الموجي للضوء في الذراعين. لكن نمط التداخل لا يحدث بسبب الاختلاف بين طول الذراع وطول موجة الضوء. بدلاً من ذلك ، يحدث ذلك بسبب اختلاف وقت وصول "قمم وقيعان" الموجة الضوئية من ذراع مع وقت وصول الضوء الذي سافر في الذراع الأخرى. لذا فإن ضوء الليزر لا يعمل كمسطرة ، ولكن كساعة توقيت. اقرأ المزيد عن هذا السؤال المثير للاهتمام.

ما هي أنواع مصادر موجات الجاذبية التي يبحث عنها ليجو؟

حدد علماء ليجو أربع فئات من موجات الجاذبية ، لكل منها نمط فريد يمكن لمقاييس التداخل استشعاره.

موجات الجاذبية المستمرة يُعتقد أنها ناتجة عن جسم واحد ضخم يدور ، مثل نجم شديد الكثافة يسمى النجم النيوتروني. أي نتوءات أو عيوب في الشكل الكروي لهذا النجم ستولد باستمرار موجات جاذبية أثناء دوران النجم.

موجات الجاذبية المستمرة من نجم نيوتروني غير متماثل. الصورة: مركز فيزياء الجاذبية / الجامعة الوطنية الأسترالية.

اندماج ثنائي مدمج موجات الجاذبية يتم إنتاجها بواسطة نجمين ضخمين ، مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء ، يدور كل منهما حول الآخر. عندما يدور النجمان حول بعضهما البعض وينبعث منهما موجات ثقالية ، يفقدان الطاقة المدارية. بمرور الوقت ، يتسبب هذا في اقتراب النجوم من بعضها البعض والدوران حول بعضها البعض بشكل أسرع وأسرع حتى تندمج في النهاية معًا ، أو تتحد ، في أحد أكثر الأحداث عنفًا في الكون.

موجات الجاذبية التي تنتجها 2 من الثقوب السوداء تدور حول. الصورة: هينز ، ناسا.

يتوقع علماء الفلك أن هناك عددًا قليلاً جدًا من المصادر المهمة لموجات الجاذبية المستمرة أو المضغوطة للالتئام الثنائي في الكون بحيث لا نقلق بشأن مرور أكثر من واحدة عبر الأرض في نفس الوقت بالضبط. ولكن يمكن أن تكون هناك إشارة في الخلفية ، مثل أصوات همهمة الخلفية في غرفة مزدحمة ، قادمة من جميع أنحاء الكون والتي تتحد معًا في ما نسميه خلفية عشوائية لموجات الجاذبية. من المحتمل أن يكون جزء على الأقل من هذه الإشارة العشوائية قد نشأ من الانفجار العظيم ، وسيتيح لنا اكتشاف موجات الجاذبية تلك أن نرى ما هو أبعد من تاريخ الكون أكثر من أي وقت مضى.

بقايا مستعر أعظم من سديم السرطان. يمكن لمثل هذا المستعر الأعظم المنهار أن ينتج موجة من موجات الجاذبية. الصورة: هيستر ، لول ، ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية.

تُعرف الفئة الرابعة باسم انفجر موجات الجاذبية. هنا حيث نبحث عن ما هو غير متوقع حقًا. بالطبع إذا كنت لا تعرف ما تبحث عنه ، فمن الصعب حقًا العثور عليه ، ولكن البحث عن إشارات الاندفاع قد يوفر أفضل الاحتمالات لاكتشاف أشياء جديدة تمامًا عن كوننا.

هل كان من المدهش ألا يكتشف مرصد ليجو الأولي أي موجات ثقالية؟

ليس صحيحا. ندرس سلوك أجهزة الكشف لدينا بشكل مكثف ، وعندما نأخذ البيانات ، نقوم بما نسميه "الحقن العمياء". يحدث هذا عندما يضيف عدد قليل من الأشخاص في تعاوننا سرًا إشارة مزيفة إلى البيانات الصادرة من الكاشف ، لاختبار ما إذا كان بإمكاننا العثور على الإشارة وأننا نفهم الأداة بشكل صحيح. أثناء التشغيل العلمي لتجربة LIGO الأولية ، شوهدت إشارة تبدو وكأنها اندماج ثنائي على مسافة 60-180 مليون سنة ضوئية ، قادمة من اتجاه كوكبة Canis Major (أطلق عليها لاحقًا اسم "Big كلب"). استمر التعاون لإجراء التحليل الكامل والتحقق من كل شيء مرارًا وتكرارًا ، ثم كتب ورقة تدعي الاكتشاف الأول. عندها فقط تبين أن الإشارة كانت حقنة أعمى! في حين أن هذا قد يكون مخيبا للآمال بعض الشيء ، إلا أنه يظهر أننا كنا مستعدين وفهمنا الأدوات بما يكفي لنكون واثقين من أنها تعمل كما هو متوقع

قوة الحقن الأعمى "الكلب الكبير". تنتقل الإشارة إلى أعلى في التردد (المعروف باسم "الزقزقة") بينما تتصاعد النجوم في بعضها البعض ، وتقترب من الاندماج. الصورة: Caltech / MIT / LIGO Lab.

لذا ، بغض النظر عن الحقن العمياء ، هل كان يجب أن نتوقع اكتشافًا خلال إحدى عمليات LIGO العلمية الأولية؟ بعد الأخذ في الاعتبار أننا لا نعرف على وجه التحديد أين ومتى وكم مرة تحدث أحداث المصدر الرئيسية في الكون ، فإن أفضل تخمين لدينا هو "لا". لذا لم تكن حقيقة أن LIGO الأولي لم تكتشف أي مصادر مفاجئة. لكن من المهم أن ندرك أن LIGO المتقدم كان سيكون مستحيلًا بدون LIGO. إذا كنت تفكر في LIGO كدليل على المفهوم والتكنولوجيا (التي ربما تكون محظوظة) ، فقد حقق المشروع نجاحًا كبيرًا.

هل توقعنا أن تقوم أجهزة الكشف المتقدمة من LIGO باكتشاف ، إذن؟

سؤال جيد! يمكن تحديد معدلات الأحداث المتوقعة لأنواع مختلفة من مصادر موجات الجاذبية ، لكن هذه الحسابات تتضمن الكثير من الفيزياء المعقدة ، لذا فإن التنبؤات غير مؤكدة للغاية. ومع ذلك ، فقد حاولنا أن نأخذ كل ذلك في الاعتبار بعناية من خلال حساب معدلات "واقعية" و "متفائلة" و "متشائمة" - بناءً على افتراضات مختلفة. (يمكن العثور على نتائج هذه الحسابات في بحث نُشر عام 2010 ويمكن تنزيله مجانًا من http://arxiv.org/abs/1003.2480).

خذ عمليات اندماج النجوم الثنائية على سبيل المثال. كان LIGO الأولي قادرًا على البحث عن هذه في غضون حوالي 15 ميغا فرسخ (Mpc - فرسخ فلكي حوالي 3.25 سنة ضوئية ، لذا فإن 15 Mpc تساوي حوالي 50 مليون سنة ضوئية). لم ير ليجو الأولي أي شيء ، لكن هذا كان متماشياً مع أفضل تخمين لدينا للمعدل المتوقع لهذه الأحداث. من ناحية أخرى ، بمجرد أن تصل إلى حساسية التصميم الكاملة ، يجب أن يكون LIGO المتقدم قادرًا على رؤية اندماجات ثنائية للنجوم النيوترونية تصل إلى حوالي 200 مليون وحدة في الساعة. يتوافق هذا العامل الذي يزيد عن 10 زيادة في المسافة مع عامل يزيد عن 1000 مرة من حجم المساحة. لذلك ، من أجل LIGO المتقدم ذو الحساسية الكاملة ، يجب اكتشاف اندماجات النجوم الثنائية النيوترونية بمعدلات أحداث تتراوح بين 0.4 إلى 400 مرة في السنة - ويُعتقد أن هناك 40 مرة كل عام على الأرجح.

بالطبع ، كان الحدث الأول الذي اكتشفته أجهزة LIGO المتقدمة في 14 سبتمبر 2015 هو اندماج ثنائي للثقب الأسود. تم الإعلان عن هذا الاكتشاف الرائع للعالم في 11 فبراير 2016 ويمكنك قراءة كل شيء عنه على https://www.ligo.caltech.edu/detection. الحدث الثاني ، الذي تم اكتشافه في 26 ديسمبر 2015 وتم الإعلان عنه في 15 يونيو 2016 ، كان أيضًا اندماجًا ثنائيًا للثقب الأسود. تبع ذلك اكتشاف مؤكد ثان في ديسمبر 2015 ، وتم الإعلان عنه في يونيو 2016. كان هذا اندماجًا ثنائيًا للثقب الأسود - هذه المرة بكتل 14 مرة و 8 أضعاف كتلة الشمس - مرة أخرى بعد أكثر من مليار سنة ضوئية. كانت إشارة الموجة الثقالية من هذا الحدث ، المشار إليها باسم GW151226 ، أقل قوة من تلك الصادرة عن GW150914 ، وكان من الصعب رؤيتها لأنها انتشرت على مدى فترة أطول - استمرت لمدة ثانية واحدة مقارنة بحوالي 0.2 ثانية للاكتشاف الأول. على الرغم من صعوبة اكتشاف هذا الحدث بالعين ، فقد تمكن برنامج الكشف الخاص بنا من العثور على الإشارة في بياناتنا.

يمكنك قراءة كل شيء عن النتائج الكاملة من التشغيل العلمي الأول لكاشفات LIGO المتقدمة (بما في ذلك إشارة موجة جاذبية مرشح ثالث لم نتمكن من التأكد من أنها حقيقية ، ولكن ربما كان اندماجًا ثنائيًا للثقب الأسود) في هذه المقالة .

رسم تخطيطي يوضح الحجم الأكبر للكون والذي ستكون أجهزة كشف LIGO المتقدمة حساسة له. الصورة: Caltech / MIT / LIGO Lab.

ما الاختلاف في أجهزة الكشف المتقدمة من LIGO؟

كما قلنا أعلاه ، بمجرد أن يصلوا إلى حساسية التصميم الكاملة خلال السنوات القليلة المقبلة ، يجب أن تكون كاشفات LIGO المتقدمة أكثر حساسية بحوالي 10 مرات من LIGO الأولي ، وقادرة على قياس سلالات موجات الجاذبية صغيرة مثل جزء واحد من عشرة إلى القوة. 23. هذه الحساسية المذهلة يجب أن تكون مغير حقيقي لقواعد اللعبة في علم فلك الموجات الثقالية.

تثبيت ترقيات LIGO المتقدمة. الصورة: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / LIGO Lab.

  • زيادة قوة الليزر من قيمة LIGO الأولية البالغة 10 واط إلى حوالي 200 واط
  • استخدام بصريات اختبار كتلة السيليكا المنصهرة الأكبر والأثقل ، المصممة لتقليل تأثير الضوضاء الحرارية وضوضاء "ضغط الإشعاع" ، وكلاهما يسبب حركات صغيرة جدًا وعشوائية للمرآة
  • تعليق بصريات كتلة الاختبار باستخدام ألياف السيليكا المنصهرة ، على عكس معلقات حبال الأسلاك الفولاذية المستخدمة في LIGO الأولي ، من أجل تقليل الضوضاء الحرارية للتعليق
  • استخدام بندول من أربع مراحل في نظام التعليق الكامل لتحسين العزل الزلزالي لبصريات كتلة الاختبار
  • استخدام إستراتيجية القياس والإلغاء لتقليل حركة الجماهير بسبب حركة الأرض - وهذا ما يسمى بالعزل الزلزالي "النشط"

تحقق أجهزة الكشف المتقدمة من LIGO سنوات من البحث والتطوير العالمي في المجالات الرئيسية لتكنولوجيا LIGO. لعب عدد من المؤسسات الأمريكية والدولية أدوارًا قيادية في كل هذا العمل ، وتواصل كل من Caltech و MIT (المؤسسات التي تدير LIGO نيابة عن NSF والتعاون العلمي LIGO) توفير عمليات البحث والتطوير الهامة والاختبار والتكامل جنبًا إلى جنب مع هذه شركاء دوليين.

يمثل الانتهاء من الكواشف المتقدمة ، وبداية عملياتها العلمية ، في خريف 2015 إنجازًا علميًا وهندسيًا هائلًا - وفجر حقبة جديدة مثيرة لعلم فلك الموجات الثقالية! اقرأ المزيد عن تصميم وبناء أجهزة الكشف المتقدمة من LIGO في العدد 1 والعدد 7 من مجلة LIGO.

ما هي التقنيات المنبثقة أو الفوائد غير المباشرة الأخرى التي أتت من أبحاث أجهزة LIGO؟

  • أدت الحاجة إلى فقد الضوء المنخفض جدًا في بصريات LIGO إلى تطوير تقنية لقياس مثل هذا الخسارة المنخفضة وشركة "Stanford Photo-Thermal Solutions" التي تسوق الجهاز المطور لـ LIGO. تبيع في المقام الأول إلى أسواق البصريات الأساسية والأمن الداخلي.
  • قامت شركة Lightwave Electronics ببناء الليزر الأولي الذي استخدمه LIGO. وهي تبيع الآن نفس الليزر (ونسخة محسّنة) لاستخدامها في معالجة المواد لصنع الثنائيات الباعثة للضوء وشرائح الكمبيوتر ولوحات دوائر الهواتف الذكية.
  • تحتوي إشارة موجة الجاذبية النموذجية على ما يسمى "زقزقة" في السعة والطور. طور LIGO خوارزميات حاسوبية فعالة جدًا في العثور على هذه النغمات حتى عندما تكون مخفية في الضوضاء. تظهر إشارات غرد مماثلة في الرادار والسونار ونبضات الليزر وغيرها من المواقف ، ويتم استخدام خوارزمية LIGO في هذه التطبيقات.
  • يمكن أن يؤدي تسخين بصريات LIGO إلى تشويه شعاع الليزر ، مما يجعله أقل فاعلية في قياس تغيرات الوضع. هذه المشكلة تسمى العدسة الحرارية ، وتشاركها قياسات البصريات الدقيقة الأخرى. وجد LIGO حلاً لهذه المشكلة عن طريق إضافة بصريات إضافية إلى النظام الذي يمكن التحكم في درجة حرارته باستخدام السخانات. تُستخدم هذه التقنية نفسها الآن في أنظمة الليزر عالية الطاقة المستخدمة لرادار الليزر واللحام والقطع والحفر وغيرها من التطبيقات.

مزيد من المعلومات حول هذه وغيرها من الفوائد الفرعية.

هل هناك أي شيء معتم لموجات الجاذبية؟

يحدث غموض الضوء بسبب امتصاص مادة معتمة لطاقة الضوء. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن المادة تحتوي على شحنات فيها يمكن أن تتحرك بحرية تحت تأثير المجالات الكهرومغناطيسية التي يتكون منها الضوء ، وتمتص حركتها طاقة الضوء. يجب أن يكون هناك شحنات كافية في المادة بحيث يتم استدعاء جميع "حزم" الطاقة الضوئية تقريبًا الفوتونات، ابحث عن واحد واستوعبه.

إذن ، كيف يقارن هذا بموجات الجاذبية؟ هل تحمل طاقة يمكن امتصاصها؟ نعم إنهم هم. ما الذي يمكن أن تنقل الجاذبية الطاقة إليه؟ الجواب هو الكتلة. إذا كانت الكتلة تطفو بحرية ، فلن تمتص طاقة الموجة ، لذلك نحتاج إلى أن يكون للكتلة قوة تبديد مطبقة عليها أيضًا. لذلك ، إذا كانت هناك كتل ذات قوى تبديد يمكنها امتصاص الطاقة ، فيمكننا مبدئيًا إنشاء شيء معتم لموجات الجاذبية. هل يمكننا تجميع ما يكفي من هذه الكتل معًا لامتصاص كل الجرافيتونات تقريبًا؟ سيكون الأمر صعبًا للغاية: تتفاعل موجات الجاذبية بشكل ضعيف لدرجة أن فرصة امتصاص أي جرافيتون معين يمر بأي كتلة ممتصة معينة ستكون ضئيلة للغاية. لذا ، في نهاية المطاف ، الجواب هو "من حيث المبدأ ، نعم ، ولكن من الناحية العملية ، ليس حقًا".

هل يمكن أن تخبرنا موجات الجاذبية بأي شيء عن الكون المبكر؟

تقدم موجات الجاذبية رؤية فريدة للكون المبكر جدًا لأنها يمكن أن تسمح لنا برؤية إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMBR) "خلف". ربما تكون قد شاهدت صورًا لـ CMBR والتي تعطينا صورة للكون بعد حوالي 380000 سنة من بداية الكون ، "الانفجار العظيم". هذا لأنه قبل ذلك الوقت ، كان الكون مليئًا بالغاز المتأين الساخن (بمعنى أن الإلكترونات والنوى كانت منفصلة ، مجرد إلكترونات حرة تطير حولها) ، لذلك فإن فوتونات الضوء ستشتت بشكل كبير بواسطة هذه الإلكترونات الحرة ، بالأحرى مثل ما يحدث على a يوم ضبابي ، لذا فهم لا يحملون الكثير من المعلومات حول مصدرهم الأصلي. لأن الكون كان يتوسع منذ البداية ، كان يبرد ، وفي حوالي 380000 عام ، أصبح الكون باردًا بدرجة كافية بحيث توقف الغاز عن التأين: تتحد الإلكترونات الحرة مع البروتونات لتكوين هيدروجين محايد (نسمي هذا إعادة التركيب) ، وهو أقل فاعلية في تشتيت الفوتونات - بعبارة أخرى ، يزيل الضباب! بالنسبة لنا ، يمثل هذا بداية الفترة التي يمكن فيها للفوتونات في الواقع أن تتدفق بحرية مباشرة نحونا من الكون المبكر ، مع الحد الأدنى من التشتت ، حتى تتمكن من نقل المعلومات حول أصولها.

الطيف الأوسع لموجة الجاذبية. الصورة: معهد أبحاث الجاذبية / جامعة جلاسكو.

من ناحية أخرى ، لا يهتم إشعاع الجاذبية بحقبة إعادة التركيب هذه ، لأن ذرات وجزيئات الغاز - سواء أكانت مؤينة أم لا - لها تأثير ضئيل على موجات الجاذبية. هذا يعني أن موجات الجاذبية خلقت قبل لا يزال بإمكان إعادة التركيب أن تتدفق نحونا مباشرة دون إزعاج على طول الطريق ، وبالتالي يمكن أن تخبرنا من حيث المبدأ شيئًا عن تلك المرحلة المبكرة جدًا من تاريخ الكون. قد لا تكون كاشفات LIGO حساسة لموجات الجاذبية "البدائية" هذه ، ولكن هناك طرقًا أخرى يمكننا من خلالها البحث عن توقيعها - على سبيل المثال من خلال البحث عن ضوء مستقطب في CMBR.

هل يمكن أن تخبرنا موجات الجاذبية بأي شيء عن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة؟

كان للمادة المظلمة والطاقة المظلمة دور كبير في تاريخ توسع الكون (في الواقع نعتقد أن الطاقة المظلمة تتسبب الآن في تسريع هذا التوسع!) وفي تكوين المجرات وعناقيد المجرات. لكننا لا نتوقع وجود المادة المظلمة في "كتل" كثيفة بما يكفي لإنتاج موجات الجاذبية التي يمكن أن يكتشفها ليجو.

تاريخ توسع الكون. صورة: .

ومع ذلك ، يأمل علماء الفلك في المستقبل في استخدام مصادر موجات الجاذبية مثل الاندماج الثنائي المضغوط لرسم خريطة للكون ، بشكل مستقل تمامًا عن الأساليب المتاحة حاليًا - باستخدام على سبيل المثال CMBR أو المستعرات الأعظمية البعيدة. لذلك من الممكن أن تساعدنا ملاحظات الموجات الثقالية المستقبلية على فهم تأثيرات المادة المظلمة والطاقة المظلمة على تمدد الكون بشكل أفضل.

ما هو تحليل البيانات ولماذا هو مهم لـ LIGO؟

بالنسبة للعالم ، فإن جمع البيانات هو مجرد خطوة أولى. ومن ثم من خلال فحص تلك البيانات ودراستها ، ومقارنتها مع ما كنا نتوقعه ، يمكننا تعلم أشياء جديدة وتحسين فهمنا. هذا مهم بشكل خاص في علم فلك الموجات الثقالية ، حيث نتوقع أن تكون الإشارات التي نبحث عنها باهتة نسبيًا ومدفونة في ضوضاء الكاشف ، لذلك بدون تحليل البيانات لا يمكننا اكتشاف موجات الجاذبية. مطلوب خوارزميات حاسوبية مخصصة وعالية الكفاءة للعثور على هذه الإشارات في المقام الأول وتمييزها بعد ذلك. لاكتشاف وتمييز جميع أنواع الإشارات المختلفة ، يتم تحليل البيانات بعدة طرق تكميلية. يستخدم البعض الأشكال الموجية المحسوبة مسبقًا كـ "قوالب" للبحث عن إشارات محددة جدًا. يستخدم البعض الآخر نهج "العيون مفتوحة على مصراعيها" ويفترضون أقل بكثير مما يجب أن تبدو عليه أشكال الموجة.

لماذا يحتاج LSC إلى مجموعات حاسوبية قوية للعثور على موجات الجاذبية؟

يجب أن تبحث خوارزميات تحليل البيانات المختلفة في كميات كبيرة جدًا من البيانات. من أجل عدم تفويت أي إشارة مخفية محتملة ، يجب البحث في البيانات على نطاق واسع باستخدام العديد من القوالب المختلفة - في بعض الحالات الملايين منها. قد تستغرق عمليات البحث مثل هذه عدة سنوات على جهاز كمبيوتر سطح مكتب واحد. ومع ذلك ، يمكن أن تكون عمليات البحث هذه "متوازية" ، مما يعني تشغيل الآلاف من التحليلات المتشابهة في نفس الوقت على العديد من أجهزة الكمبيوتر. عادةً ما يتم تنظيم أجهزة الكمبيوتر هذه في مجموعات كمبيوتر كبيرة ، يتم تشغيلها في عدة مواقع ضمن LIGO Scientific Collaboration. في هذه المجموعات ، يمكن إجراء الحسابات في غضون أيام أو أسابيع ، بدلاً من سنوات عديدة.

مجموعة كمبيوتر أطلس لتحليل البيانات عالية الإنتاجية في AEI في هانوفر ، ألمانيا. الصورة: M. Fiorito / AEI.

كيف تعرف كيف تبدو الإشارات؟

تنبأت نظرية أينشتاين للنسبية العامة بالشكل الدقيق لإشارة الموجة الثقالية. ومع ذلك ، فإن حل معادلات أينشتاين معقد للغاية وليس من الممكن دائمًا القيام به بالضبط. في بعض الحالات يمكننا حل الإصدارات التقريبية لهذه المعادلات بسرعة كبيرة في حالات أخرى ، يمكننا تشغيل البرامج على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكبيرة لحساب أشكال الموجة المتوقعة للمعادلات الكاملة (أي غير التقريبية). يمنحنا هذا الأسلوب أشكال موجية أكثر واقعية ولكنه سيستغرق أيضًا وقتًا أطول. في بعض الأحيان يكون من الممكن الجمع بذكاء بين هذين النهجين والحصول على أفضل ما في العالمين.

مقارنة بين شكلين موجيين للفتحة الملهمة ودمج اثنين من الثقوب السوداء ، محسوبة بطريقتين مختلفتين. الصورة: UMD / AEI.


مقدمة

ربما تكون قد سمعت العبارة ، & # x0201C ما الذي يحدث ، يجب أن ينزل. & # x0201D ولكن لماذا هذا؟ ذلك لأن كل شيء (أنت ، أنا ، الصواريخ ، قطرات المطر) يتم جره نحو الأرض عن طريق الجاذبية. تكون قوة هذا السحب أقوى بالنسبة للأجسام الكبيرة ولكنها تضعف بالنسبة للأشياء البعيدة. الصواريخ قادرة فقط على الهروب من جاذبية الأرض و # x00027s عن طريق حرق كميات هائلة من الوقود لإنشاء قوة صاعدة & # x0201Cpush & # x0201D أقوى من الجاذبية & # x00027s & # x0201Cpull. & # x0201D

المدهش هو أن الجاذبية ليست خاصة بالأرض ، فكل الأجسام في الكون تشعر بنفس النوع من قوة الجاذبية ، التي تربط النجوم والأنظمة الشمسية والمجرات معًا. حتى قبل 100 عام ، عرف علماء الفلك كيفية التنبؤ بمكان ظهور الأجسام في النظام الشمسي في سماء الليل. لكنهم لم يعرفوا حقيقة الجاذبية. هذا عندما كانت لدى ألبرت أينشتاين فكرة كبيرة جدًا: ما نسميه الجاذبية ليس في الحقيقة & # x0201C قوة سحب & # x0201D مثل التعلق بحبل. في نظرية أينشتاين & # x00027s ، الفضاء أشبه ببطانية قابلة للتمدد أكثر من كونه طاولة صلبة يقوم كل جسم بغطسها في هذه البطانية ، لكن الأجسام الأكبر تُحدث انخفاضًا أكبر. لذا ، فإن نجمًا مثل الشمس يحدث هبوطًا كبيرًا ، وتقلص الأرض كثيرًا (انظر الشكل 1). تتحرك الأرض ببطء كافٍ لدرجة أنها تسقط نحو الشمس وتغطس ، ولكن أيضًا بسرعة كافية بحيث لا تتدحرج على الفور: وهذا ما يسمى المدار.

  • الشكل 1 - تغطس الأرض في نسيج الفضاء ، كما تفعل جميع الكائنات الأخرى.
  • كلما زاد حجم الجسم ، زاد الانخفاض. هذا هو ما يسبب جاذبية الجاذبية ، مما يسمح للأجسام الأخرى (مثل الأقمار الصناعية) بالدوران. رصيد الصورة: ناسا ، https://www.nasa.gov/mission_pages/gpb/gpb_012.html.

قد تساعد موجات الجاذبية في العثور على مكونات الكون المفقودة

عندما يصطدم جسمان مضغوطان (ثقوب سوداء أو نجوم نيوترونية) في مكان آخر في الكون ، فإنهما يخلقان موجات جاذبية تنتقل عبر الفضاء ، وتحمل بصمة كل ما يصنعها. في ورقة جديدة نشرت في المجلة مراجعة البدنية د، يجادل علماء الفيزياء من الولايات المتحدة وألمانيا أنه إذا اصطدمت مثل هذه الموجات بثقب أسود هائل أو مجموعة من المجرات في طريقها إلى الأرض ، فإن توقيعهم سيتغير إذا كان هناك اختلاف في الجاذبية مقارنة بنظرية أينشتاين ، فسيتم تضمين الدليل في ذلك التوقيع.

انطباع فنان عن اندماج نجمين نيوترونيين. رصيد الصورة: NASA / CXC / M. Weiss.

هناك شيء ما يجعل الكون لا يتوسع فحسب ، بل يتوسع بشكل أسرع وأسرع بمرور الوقت & # 8212 ولا أحد يعرف ما هو. اقترح علماء الفيزياء الفلكية جميع أنواع النظريات حول ماهية القطعة المفقودة.

قال الدكتور خوسيه ماريا إيزكياغا ، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الكونية ومعهد إنريكو فيرمي بجامعة شيكاغو: "يعتمد الكثير من هؤلاء على تغيير طريقة عمل الجاذبية على نطاقات كبيرة".

"لذا فإن موجات الجاذبية هي المرسل المثالي لرؤية هذه التعديلات المحتملة للجاذبية ، إن وجدت."

إحدى النظريات عن القطعة المفقودة من الكون هي وجود جسيم إضافي.

مثل هذا الجسيم من شأنه ، من بين تأثيرات أخرى ، أن يولد نوعًا من الخلفية حول الأجسام الكبيرة.

إذا اصطدمت موجة جاذبية متنقلة بثقب أسود فائق الكتلة ، فإنها ستولد موجات تختلط مع الموجة الثقالية نفسها.

اعتمادًا على ما واجهته ، يمكن أن يحمل توقيع موجة الجاذبية "صدى" ، أو يظهر مشوشًا.

قال الدكتور إيزكياغا: "هذه طريقة جديدة لفحص السيناريوهات التي لم يكن من الممكن اختبارها من قبل".

تحدد ورقة الفريق الشروط لكيفية العثور على مثل هذه التأثيرات في البيانات المستقبلية.

قال الدكتور إيزكوياغا: "في آخر تجربة رصد لنا مع مرصد LIGO (مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية) ، كنا نشهد قراءة موجة جاذبية جديدة كل ستة أيام ، وهو أمر مذهل"

"لكن في الكون بأسره ، نعتقد أنها تحدث في الواقع مرة كل 5 دقائق."

"في الترقية التالية ، تمكنا من رؤية العديد من & # 8212 مئات الأحداث سنويًا."

"تزيد الأرقام المتزايدة من احتمال انتقال موجة واحدة أو أكثر عبر جسم ضخم ، وأن العلماء سيكونون قادرين على تحليلها بحثًا عن أدلة على المكونات المفقودة."

خوسيه ماريا إزكوياغا وأمبير ميغيل زومالاكاريغي. 2020. عدسة الجاذبية تتخطى النسبية العامة: الانكسار ، الصدى ، والظلال. فيز. القس د 102 (12): 124048 دوى: 10.1103 / PhysRevD.102.124048


المنشورات والوثائق

  • المنشور:GW170817: مراقبة موجات الجاذبية من ثنائي نجم نيوتروني انسبايرال - نُشر في رسائل المراجعة البدنية119، 161101 (2017). [رابط pdf محلي]. . (أيضًا باللغة الهندية | الإيطالية | Siksika / Blackfoot | الإسبانية). [نشرة pdf]. راجع أيضًا قائمة ملخص العلوم الرئيسية لدينا للحصول على ترجمات وملخصات للأوراق المصاحبة لـ GW170817. (LIGO Open Science Center / LOSC). [ترجمات] وإنفوجرافيك [ترجمات].
  • معلومات إضافية في موقع ويب الكشف عن LIGO Lab GW170817.
  • موارد إضافية في موقع إعلان Caltech وصفحة أصول وسائط Caltech المرتبطة.
  • راجع صفحة اكتشاف ligo.org الرئيسية لمزيد من الموارد.

يوجد صوت في الفضاء بفضل موجات الجاذبية

يعد دمج الثقوب السوداء فئة واحدة من الأجسام التي تولد موجات ثقالية بترددات معينة. [+] والسعات. بفضل أجهزة الكشف مثل LIGO ، يمكننا "سماع" هذه الأصوات فور حدوثها.

لقد قيل منذ فترة طويلة أنه لا يوجد صوت في الفضاء ، وهذا صحيح إلى حد ما. يتطلب الصوت التقليدي وسيطًا يتنقل عبره ، ويتم إنشاؤه عندما تنضغط الجسيمات وتتضخم ، مما يجعل أي شيء من "دوي مرتفع" لنبضة واحدة إلى نغمة متسقة للأنماط المتكررة. في الفضاء ، حيث يوجد عدد قليل جدًا من الجسيمات بحيث تموت أي من هذه الإشارات ، حتى التوهجات الشمسية ، والمستعرات الأعظمية ، واندماجات الثقب الأسود ، والكوارث الكونية الأخرى تصبح صامتة قبل سماعها على الإطلاق. ولكن هناك نوع آخر من الانضغاط والخلافة لا يتطلب أي شيء آخر غير نسيج الفضاء نفسه للتنقل عبره: موجات الجاذبية. بفضل نتائج الاكتشاف الإيجابية الأولى من LIGO ، نسمع الكون لأول مرة.

اثنين من الثقوب السوداء المدمجة. يؤدي الملهم إلى تلاقي الثقوب السوداء معًا. [+] تحمل موجات الجاذبية الطاقة الزائدة بعيدًا. نتيجة لذلك ، يتم تشويه مساحة الخلفية.

SXS ، مشروع محاكاة الفضاءات المتطرفة (SXS) (http://www.black-holes.org)

كانت موجات الجاذبية شيئًا يجب أن يكون موجودًا حتى تكون نظرية الجاذبية لدينا متسقة ، وفقًا للنسبية العامة. على عكس جاذبية نيوتن ، حيث ستبقى أي كتلتين يدوران حول بعضهما البعض في هذا التكوين إلى الأبد ، توقعت نظرية أينشتاين أنه على مدى أوقات طويلة بما فيه الكفاية ، سوف تتحلل مدارات الجاذبية. بالنسبة لشيء مثل الأرض التي تدور حول الشمس ، فلن تعيش أبدًا لتجربته: سيستغرق الأمر 10 ^ 150 عامًا لتتحول الأرض إلى الشمس. ولكن بالنسبة للأنظمة الأكثر تطرفًا ، مثل نجمين نيوترونيين يدوران حول بعضهما البعض ، يمكننا في الواقع رؤية المدارات تتحلل بمرور الوقت. من أجل الحفاظ على الطاقة ، تنبأت نظرية أينشتاين في الجاذبية بأنه يجب نقل الطاقة بعيدًا في شكل موجات ثقالية.

بينما يدور نجمان نيوترونيان حول بعضهما البعض ، تتنبأ نظرية أينشتاين للنسبية العامة بالمدار. [+] الاضمحلال وانبعاث إشعاع الجاذبية. تمت ملاحظة السابق بدقة شديدة لسنوات عديدة ، كما يتضح من كيفية تطابق النقاط والخط (توقع GR) بشكل جيد للغاية.

ناسا (على اليسار) ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي / مايكل كرامر

هذه الموجات ضعيفة بشكل جنوني ، وتأثيراتها على الأجسام في الزمكان صغيرة للغاية. ولكن إذا كنت تعرف كيف تستمع إليها - تمامًا كما تعرف مكونات الراديو كيفية الاستماع لتلك الموجات الضوئية طويلة التردد - يمكنك اكتشاف هذه الإشارات وسماعها تمامًا كما تسمع أي صوت آخر. مع السعة والتردد ، لا يختلفان عن أي موجة أخرى. تقدم النسبية العامة تنبؤات واضحة لما يجب أن تبدو عليه هذه الموجات ، مع كون الإشارات المولدة للموجات الأكبر هي الأسهل للكشف عنها. أكبر سعة يبدو كل شيء؟ إنها "الزقزقة" الملهمة والمدمجة لثقبين أسودين يتصاعد أحدهما إلى الآخر.

في سبتمبر 2015 ، بعد أيام فقط من بدء LIGO المتقدم في جمع البيانات لأول مرة ، تم رصد إشارة كبيرة وغير عادية.لقد فاجأ الجميع ، لأنه كان سيحمل قدرًا كبيرًا من الطاقة في انفجار قصير مدته 200 مللي ثانية ، وكان سيتفوق على جميع النجوم في الكون المرئي مجتمعين. ومع ذلك ، تبين أن هذه الإشارة قوية ، وجاءت الطاقة الناتجة عن ذلك الانفجار من ثقبين أسودين - كتلتهما 36 و 29 كتلة شمسية - اندمجا في كتلة واحدة تبلغ 62 كتلة شمسية. أولئك الذين فقدوا ثلاث كتل شمسية؟ تم تحويلها إلى طاقة نقية: موجات الجاذبية تموج عبر نسيج الفضاء. كان هذا أول حدث يكتشفه LIGO على الإطلاق.

إشارة من LIGO لاكتشاف قوي لموجات الجاذبية. شكل الموجة ليس فقط. [+] تصور يمثل ما تسمعه في الواقع إذا استمعت بشكل صحيح.

مراقبة موجات الجاذبية من Binary Black Hole Merger B.P. Abbott et al. ، (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)، Physical Review Letters 116، 061102 (2016)

لقد مر الآن أكثر من عام ، و LIGO في الوقت الحالي في جولته الثانية. لم يتم اكتشاف عمليات اندماج أخرى بين الثقوب السوداء والثقب الأسود فحسب ، بل إن مستقبل علم فلك الموجات الثقالية مشرق ، حيث ستفتح أجهزة الكشف الجديدة آذاننا لأنواع جديدة من الأصوات. سيكون لمقاييس التداخل في الفضاء ، مثل LISA ، خطوط أساس أطول وستسمع أصواتًا ذات تردد أقل: أصوات اندماج النجوم النيوترونية ، وتغذي الثقوب السوداء الهائلة ، وعمليات الاندماج ذات الكتل غير المتكافئة للغاية. يمكن لمصفوفات توقيت النجوم النابضة أن تقيس حتى الترددات الأقل ، مثل المدارات التي تستغرق سنوات حتى تكتمل ، مثل زوج الثقب الأسود الهائل: OJ 287. وستبحث مجموعات من التقنيات الجديدة عن أقدم موجات الجاذبية على الإطلاق ، موجات البقايا التي تنبأ بها التضخم الكوني ، على طول الطريق في بداية كوننا.

إن موجات الجاذبية الناتجة عن التضخم الكوني هي أبعد إشارة يمكن أن تعود في الزمن إلى الماضي. [+] تصور احتمال الكشف. قد تقوم تعاونات مثل BICEP2 و NANOgrav بهذا بشكل غير مباشر في العقود القادمة.

National Science Foundation (NASA، JPL، Keck Foundation، Moore Foundation، ذات الصلة) - تم تمويل تعديلات برنامج BICEP2 بواسطة E. Siegel

هناك الكثير لنسمعه ، وقد بدأنا للتو في الاستماع لأول مرة. لحسن الحظ ، تستعد عالمة الفيزياء الفلكية Janna Levin - مؤلفة الكتاب الرائع Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space - لإلقاء محاضرة عامة في معهد Perimeter الليلة ، 3 مايو ، الساعة 7 مساءً بالتوقيت الشرقي / 4 مساءً المحيط الهادئ ، وستكون يتم البث المباشر هنا ويتم تدوينه مباشرة من قبلي في الوقت الفعلي! انضم إلينا بعد ذلك لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع الرائع ، ولا أطيق الانتظار لسماع حديثها.

ستبدأ المدونة الحية قبل بضع دقائق من 4:00 م المحيط الهادئ انضم إلينا هنا وتابعنا!

التواء الزمكان ، في الصورة النسبية العامة ، بواسطة كتل الجاذبية.

3:50 مساءً: إنها عشر دقائق حتى موعد العرض ، وللاحتفال ، إليك عشر حقائق ممتعة (أو أكبر عدد ممكن من الحقائق) حول الجاذبية وموجات الجاذبية.

1.) بدلاً من "العمل عن بعد" ، حيث يتم ممارسة قوة غير مرئية بين الجماهير ، تقول النسبية العامة أن المادة والطاقة تشوه نسيج الزمكان ، وهذا الزمكان الملتوي هو ما يتجلى في صورة الجاذبية.

2.) بدلاً من السفر بسرعة غير محدودة ، تنتقل الجاذبية بسرعة الضوء فقط.

3.) هذا مهم ، لأنه يعني أنه في حالة حدوث أي تغييرات في موضع جسم ضخم ، وتكوينه ، وحركته ، وما إلى ذلك ، فإن تغييرات الجاذبية اللاحقة تنتشر فقط بسرعة الضوء.

محاكاة حاسوبية لثقبين أسودين مندمجين ينتجان موجات ثقالية.

3:54 م: 4.) هذا يعني أن موجات الجاذبية ، على سبيل المثال ، يمكن أن تنتشر فقط بسرعة الضوء. عندما "نكتشف" موجة جاذبية ، فإننا نكتشف الإشارة من وقت تغير تكوين الكتلة.

5.) أول إشارة اكتشفها ليجو حدثت على مسافة 1.3 مليار سنة ضوئية تقريبًا. كان الكون أصغر بنحو 10٪ مما هو عليه اليوم عندما حدث هذا الاندماج.

تموجات الزمكان هي موجات الجاذبية.

مرصد الجاذبية الأوروبي ، ليونيل بريت / يوروليوس

6.) إذا سافر الجاذبية بسرعة غير محدودة ، فإن مدارات الكواكب ستكون غير مستقرة تمامًا. حقيقة أن الكواكب تتحرك في شكل بيضاوي حول الشمس الولايات أنه إذا كانت النسبية العامة صحيحة ، فإن سرعة الجاذبية يجب أن تساوي سرعة الضوء إلى دقة تبلغ حوالي 1٪.

3:57 مساءً: 7.) هناك العديد والعديد من إشارات موجات الجاذبية أكثر مما شاهده ليجو حتى الآن ، لقد اكتشفنا فقط أسهل إشارة يمكن اكتشافها.

8.) ما يجعل الإشارة "سهلة" هو مزيج من اتساعها ، أي إلى أي مدى يمكن أن تشوه طول المسار ، أو المسافة في الفضاء ، وكذلك ترددها.

رسم توضيحي مبسط لنظام مقياس التداخل الليزري في LIGO.

9.) نظرًا لأن أذرع LIGO يبلغ طولها 4 كيلومترات فقط ، وتعكس المرايا الضوء آلاف المرات (ولكن ليس أكثر) ، فهذا يعني أن LIGO يمكنها فقط اكتشاف ترددات تبلغ 1 هرتز أو أسرع.

في وقت سابق من هذا العام ، أعلن LIGO عن أول كشف مباشر على الإطلاق لموجات الجاذبية. بواسطة . [+] بناء مرصد موجات ثقالية في الفضاء ، قد نتمكن من الوصول إلى الحساسيات اللازمة لاكتشاف إشارة غريبة متعمدة.

تعاون وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا و LISA

10.) للحصول على إشارات أبطأ ، نحتاج إلى أذرع أطول وحساسيات أكبر ، وهذا يعني الذهاب إلى الفضاء. هذا هو مستقبل علم فلك الموجات الثقالية!

4:01 مساءً: لقد فعلناها! حان الوقت للبدء وتقديم جانا ليفين! (انطق "جان نا" وليس "يون نا" إذا كنت تتساءل).

إلهام واندماج أول زوج من الثقوب السوداء لوحظ بشكل مباشر على الإطلاق.

بي أبوت وآخرون. (تعاون LIGO العلمي وتعاون برج العذراء)

4:05 مساءً: هذا هو الإعلان / اللقطة الكبيرة: أول تسجيل مباشر لموجة الجاذبية الأولى. استغرق الأمر 100 عام بعد أن طرح أينشتاين لأول مرة النسبية العامة ، وهي تلعب دور تسجيل! تأكد من أن تذهب وتستمع! ماذا يعني أن "تسمع" صوتًا في الفضاء ، بعد كل شيء ، ولماذا هذا صوت؟ هذا هو الغرض ، كما تقول ، من حديثها.

لا يمكن الكشف عن المجرتين Maffei 1 و Maffei 2 ، في مستوى مجرة ​​درب التبانة ، إلا من خلال الرؤية. [+] من خلال غبار مجرة ​​درب التبانة. على الرغم من كونها من أقرب المجرات الكبيرة على الإطلاق ، إلا أنها لم تكتشف حتى منتصف القرن العشرين.

مهمة وايز NASA / JPL-Caltech / UCLA

4:08 م: إذا كنت تفكر في ما هو موجود في الكون ، لم يكن لدينا أي طريقة لمعرفة أي من هذا في وقت جاليليو. كنا نفكر في البقع الشمسية ، وزحل ، وما إلى ذلك ، ولم نكن قادرين تمامًا على تصور المقاييس أو المسافات الكونية العظيمة. انس أمر "تصور المجرات الأخرى" ، فنحن لم نتخيل شيئًا من هذا!

4:10 م: تعرض Janna أحد مقاطع الفيديو المفضلة (التي أتعرف عليها) من استطلاع Sloan Digital Sky! أخذوا مسحًا لـ 400000 من أقرب المجرات ورسموها في ثلاثة أبعاد. هذا ما يبدو عليه كوننا (القريب) ، وكما ترون ، فهو في الغالب عبارة عن مساحة فارغة!

نظام التصنيف الطيفي Morgan-Keenan (الحديث) بمدى درجة حرارة كل نجم. [+] فئة مبينة أعلاه ، بالكلفن.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز LucasVB ، إضافات بواسطة E. Siegel

4:12 م: لقد أوضحت نقطة رائعة حقًا تتجاهلها تمامًا: لن يتحول سوى 1 من كل 1000 نجم إلى ثقب أسود. يوجد أكثر من 400 نجم في غضون 30 سنة ضوئية منا ، و صفر منهم نجوم O أو B ، و صفر أصبح منهم ثقوبًا سوداء. هذه النجوم الأكثر زرقة والأضخم والأقصر عمراً هي الوحيدة التي ستنمو لتصبح ثقوبًا سوداء.

السلوك المماثل لسقوط كرة على الأرض في صاروخ متسارع (على اليسار) وعلى الأرض. [+] (يمين) هو إثبات لمبدأ التكافؤ لأينشتاين.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز Markus Poessel ، تم تعديله بواسطة Pbroks13

4:15 مساءً: عندما تفكر في "من أين أتت نظرية أينشتاين" ، فإن جانا توضح نقطة مهمة: فكرة مبدأ التكافؤ. إذا كان لديك جاذبية ، فقد تعتقد أنك تشعر "بثقل" في مقعدك ، على سبيل المثال. لكن رد الفعل هذا الذي لديك هو مثلها بالضبط رد الفعل الذي تشعر به إذا كنت تتسارع ، بدلاً من الجاذبية. إنها ليست الجاذبية التي تشعر بها ، إنها آثار المادة من حولك!

4:17 مساءً: قامت فرقة OKGO بعمل فيديو وهي تحلق في مذنب القيء. لا تستطيع Janna إظهار كل شيء ، مع الصوت ، لأسباب تتعلق بحقوق النشر ، وتوصي به بشدة. لحسن الحظ لك بفضل الإنترنت. ها هو! استمتع في وقت فراغك!

السفر مرة واحدة حول مدار الأرض في مسار حول الشمس هو رحلة 940 مليون كيلومتر.

لاري مكنيش في RASC Calgary Center

4:19 مساءً: هناك اكتشاف ضخم آخر للجاذبية: الطريقة التي نفهم بها كيفية عمل الأشياء تأتي من مشاهدة كيف تسقط الأشياء. القمر "يسقط" حول الأرض أدرك نيوتن ذلك. لكن الأرض تسقط حول الشمس والشمس "تسقط" حول المجرة والذرات "تسقط" هنا على الأرض. لكن نفس القاعدة تنطبق عليهم جميعًا ، طالما أنهم جميعًا في حالة سقوط حر. رائعة حقا!

الثقوب السوداء شيء لم يولد به الكون ، لكنه نما ليكتسب بمرور الوقت. هم . [+] تهيمن الآن على الكون الكون.

أوتي كراوس ، مجموعة تعليم الفيزياء كراوس ، جامعة هيلدسهايم أكسل ميلينجر (خلفية)

4:21 مساءً: هذا كشف ممتع: قف التفكير في الثقب الأسود على أنه مادة منهارة ومتكسرة ، على الرغم من أنه قد يكون هذا هو سبب نشأته. بدلاً من ذلك ، فكر في الأمر على أنه مجرد منطقة من الفضاء الفارغ بخصائص جاذبية قوية. في الواقع ، إذا كان كل ما فعلته هو تخصيص "كتلة" لهذه المنطقة من الفضاء ، فإن ذلك سيحدد تمامًا ثقب أسود شوارزشيلد (غير مشحون وغير دوار).

الثقب الأسود الهائل (Sgr A *) في مركز مجرتنا يكتنفه الغبار والغاز. [+] البيئة. يمكن أن ترى الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء جزئيًا من خلالها ، لكن موجات الراديو قد تتمكن أخيرًا من حلها مباشرة.

مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لوكالة ناسا

4:23 مساءً: إذا كنت ستسقط في ثقب أسود مثل كتلة الشمس ، فسيكون لديك حوالي ميكرو ثانية ، من عبور أفق الحدث (وفقًا لجانا) حتى يتم سحقك حتى الموت عند التفرد. هذا يتوافق مع ما حسبته ذات مرة ، حيث ، بالنسبة للثقب الأسود في مركز درب التبانة ، سيكون لدينا حوالي 10 ثوانٍ. نظرًا لأن الثقب الأسود في مجرة ​​درب التبانة يبلغ 4000.000 مرة كتلة شمسنا ، فإن الرياضيات تعمل بشكل جيد!

جوزيف ويبر بكاشف موجات الجاذبية في مراحله المبكرة ، والمعروف باسم شريط ويبر.

المجموعات الخاصة والمحفوظات الجامعية ، مكتبات جامعة ماريلاند

4:26 مساءً: كيف تكتشف موجة الجاذبية؟ بصراحة ، سيكون الأمر كما لو كنت على سطح المحيط تتأرجح صعودًا وهبوطًا على طول سطح الفضاء ، وكان هناك جدال كبير في المجتمع حول ما إذا كانت هذه الموجات حقيقية أم لا. لم يكن الأمر كذلك حتى جاء جو ويبر وقرر المحاولة و يقيس هذه الموجات الثقالية ، باستخدام جهاز مذهل - قضيب من الألومنيوم - من شأنه أن يهتز إذا "قطفت" الموجة المتموجة الشريط بشكل طفيف جدًا.

رأى ويبر العديد من هذه الإشارات التي حددها بموجات الجاذبية ، لكن هذه ، للأسف ، لم يتم إعادة إنتاجها أو التحقق منها. لم يكن ، على الرغم من ذكاءه ، مجربًا دقيقًا للغاية.

4:29 مساءً: هناك سؤال جيد من Jon Groubert على تويتر: "لدي سؤال حول شيء قالته - هناك شيء داخل الثقب الأسود ، أليس كذلك؟ مثل نجم نيوتروني ثقيل." يجب أن يكون هناك تفرد ، وهو إما شبيه بالنقطة (بالنسبة لتفرد غير دوار) أو حلقة أحادية البعد (لواحد دوار) ، ولكن ليس مادة مكثفة ، منهارة ، ثلاثية الأبعاد.

لأنه من أجل البقاء كهيكل ، تحتاج القوة إلى الانتشار والانتقال بين الجسيمات. لكن الجسيمات يمكنها فقط نقل القوى بسرعة الضوء. لكن لا شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكنه التحرك "للخارج" نحو مخرج الثقب الأسود ، فكل شيء يتحرك نحو التفرد. ولذا لا يمكن لأي شيء أن يثقل كاهل نفسه ، وينهار كل شيء في حالة التفرد. حزين ، لكن الفيزياء تجعل هذا أمرًا لا مفر منه.

من اليسار إلى اليمين: كاشفان LIGO (في هانفورد وليفينجستون ، الولايات المتحدة) وكاشف برج العذراء. [+] (كاسينا ، إيطاليا).

© LIGO Laboratory (أول صورتين) و Virgo / Nicola Baldocchi 2015

4:32 م: بعد فشل ويبر (وسقوطه من الشهرة) ، جاءت فكرة LIGO من قبل راي فايس في السبعينيات. استغرق LIGO أكثر من 40 عامًا ليؤتي ثماره (وأكثر من 1000 شخص لتحقيقه) ، لكن الشيء الأكثر روعة هو أنه كان ممكنًا تجريبيًا. من خلال صنع ذراعي رافعة طويلين جدًا ، يمكنك رؤية تأثير موجة الجاذبية العابرة.

4:34 م: هذا هو الفيديو المفضل لدي الذي يوضح ما تفعله موجة الجاذبية. إنه يحرك الفضاء نفسه (وكل شيء فيه) ذهابًا وإيابًا بمقدار ضئيل. إذا كان لديك مقياس تداخل ليزر تم إعداده (مثل LIGO) ، فيمكنه اكتشاف هذه الاهتزازات. لكن إذا كنت قريبًا بما فيه الكفاية وكانت أذناك حساسة بدرجة كافية ، يمكن أن تشعر بهذه الحركة في طبلة أذنك!

4:35 مساءً: حصلت على البعض حقا سماعات رأس جيدة ، محيط ، لكن لسوء الحظ لا يمكنني سماع إشارات نموذج موجة الجاذبية المختلفة التي تلعبها جانا!

مرصد ليجو هانفورد لاكتشاف موجات الجاذبية في ولاية واشنطن بالولايات المتحدة الأمريكية.

4:38 مساءً: من المضحك الاعتقاد بأن هذا هو الفراغ الأكثر تقدمًا في العالم ، داخل كاشفات LIGO. ومع ذلك ، فإن الطيور ، والجرذان ، والفئران ، وما إلى ذلك ، كلها موجودة في الأسفل هناك ، وتمضغ طريقها تقريبيا غرفة الفراغ التي يمر الضوء من خلالها. ولكن إذا تم كسر الفراغ (وهو ثابت منذ عام 1998) ، فإن التجربة كانت ستنتهي. في لويزيانا ، أطلق الصيادون النار على أنفاق ليجو. إنه لأمر مرعب مدى حساسية هذه المعدات وباهظتها ، ولكن مع ذلك فهي هشة أيضًا.

4:41 مساءً: تقوم Janna بعمل رائع حقًا في سرد ​​هذه القصة بطريقة مشوقة ولكنها إنسانية للغاية. لقد رأينا فقط المدارات القليلة الأخيرة لثقبين أسودين يدوران حول العالم ، تباطأ بشكل كبير في الفيلم أعلاه. كانت المسافة بينهما بضع مئات من الكيلومترات ، واستغرقت هذه المدارات الأربعة الأخيرة 200 مللي ثانية ، وهذا هو مجمل الإشارة التي رآها ليجو.

4:43 مساءً: إذا كنت تواجه مشكلة في الاستماع / سماع الأحداث في الحديث ، فاستمع إلى هذا الفيديو (أعلاه) ، بطبقة صوت طبيعية ونبرة متزايدة. الثقوب السوداء الأصغر (حوالي 8 و 13 كتلة شمسية) من 26 ديسمبر 2015 ، كانت أكثر هدوءًا وأعلى حدة من الثقوب الأكبر (29 و 36 كتلة شمسية) اعتبارًا من 14 سبتمبر في نفس العام.

4:46 مساءً: مجرد تصحيح بسيط: تقول Janna أن هذا كان أقوى حدث تم اكتشافه منذ الانفجار العظيم. وهذا صحيح من الناحية الفنية فقط ، بسبب حدود اكتشافنا.

عندما نحصل على أي اندماجات للثقب الأسود ، فإن حوالي 10٪ من كتلة الأقل يتم تحويل الثقب الأسود الهائل في زوج الاندماج إلى طاقة نقية عبر أينشتاين E = mc 2 . 29 كتلة شمسية كثيرة ، لكن ستكون هناك ثقوب سوداء بمئات الملايين أو حتى بلايين الكتل الشمسية التي اندمجت معًا. ولدينا دليل.

أكبر إشارة ثنائية للثقب الأسود تمت رؤيتها على الإطلاق: OJ 287.

4:49 مساءً: هذا هو OJ 287 ، حيث يدور ثقب أسود كتلته 150 مليون كتلة شمسية

18 مليار كتلة شمسية من الثقب الأسود. يستغرق الأمر 11 عامًا لحدوث مدار كامل ، وتتنبأ النسبية العامة بدورة مقدارها 270 درجة لكل مدار هنا ، مقارنة بـ 43 ثانية قوسية لكل قرن لعطارد.

4:51 م: قامت Janna بعمل لا يصدق انتهى في الوقت المحدد هنا لم أرَ ساعة من الحديث تنتهي فعليًا بعد 50 دقيقة في محاضرة عامة حول Perimeter. رائع!

تُرى الأرض من خلال مجموعة صور أقمار صناعية تابعة لوكالة ناسا من الفضاء في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

ناسا / مشروع الرخام الأزرق

4:52 م: ماذا سيحدث إذا امتص ثقب أسود الأرض؟ (سؤال وجواب من ماكس.) على الرغم من أن جانا تقدم إجابة رائعة ، إلا أنني أود أن أشير إلى أنه من وجهة نظر موجة الجاذبية ، سوف يتم تمزيق الأرض ، وسنحصل على إشارة موجة "ملطخة" ، سيكون ذلك إشارة صاخبة وثابتة. بمجرد ابتلاع الأرض ، سينمو أفق الحدث قليلاً فقط ، حيث زادت ثلاثة أجزاء من ملايين الكتلة الشمسية من نصف قطر الثقب الأسود بمقدار ضئيل مماثل.

4:55 مساءً: يا لها من حديث ممتع ، جلسة أسئلة وأجوبة رائعة وسريعة ، وتجربة رائعة بشكل عام. استمتع بها مرارًا وتكرارًا ، لأن مقطع الفيديو الخاص بالمحادثة مضمّن الآن باعتباره رابطًا ثابتًا. وشكرا على الضبط!


يشير "الانفجار" في مجسات LIGO و Virgo إلى مصدر موجات الجاذبية الأكثر ضخامة حتى الآن

يوضح مفهوم هذا الفنان مخططًا هرميًا لدمج الثقوب السوداء. لاحظ LIGO و Virgo مؤخرًا اندماج ثقب أسود مع كتلة نهائية تساوي 142 ضعف كتلة الشمس ، مما يجعلها الأكبر من نوعها التي لوحظت في موجات الجاذبية حتى الآن. يُعتقد أن هذا الحدث قد حدث عندما اصطدم ثقبان أسودان من حوالي 65 و 85 كتلة شمسية ببعضهما البعض واتحدوا. تشير النماذج النظرية إلى أنه من غير المحتمل أن تشكل الطبيعة ثقوبًا سوداء من هذا الارتفاع في نماذج معينة تحدد نطاقًا من الكتل بين 65 و 130 كتلة شمسية ، تسمى "فجوة كتلة عدم الاستقرار الزوجي" ، حيث يُعتقد أن الثقوب السوداء لا يمكن أن تتشكل بواسطة نجم منهار. إذن كيف نشأ الثقبان الأسودان المندمجان اللذان لاحظهما LIGO و Virgo؟ يعتقد العلماء أن هذه الثقوب السوداء ربما تكونت من اندماجات سابقة لثقبين أسودين صغيرين ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي. الائتمان: LIGO / Caltech / MIT / R. هيرت (IPAC)

على الرغم من كل الفراغ الشاسع ، فإن الكون ينشط بنشاط على شكل موجات الجاذبية. نتج عن الظواهر الفيزيائية الفلكية المتطرفة ، هذه الأصداء تتموج وتهز نسيج الزمكان ، مثل رنين الجرس الكوني.

اكتشف الباحثون الآن إشارة من أكبر اندماج كبير للثقب الأسود لوحظ في موجات الجاذبية. ناتج الاندماج هو أول اكتشاف واضح لثقب أسود "متوسط ​​الكتلة" ، تبلغ كتلته ما بين 100 إلى 1000 ضعف كتلة الشمس.

اكتشفوا الإشارة ، التي أطلقوا عليها اسم GW190521 ، في 21 مايو 2019 ، مع مرصد موجات الجاذبية بالليزر التابع لمؤسسة العلوم الوطنية (LIGO) ، زوج من مقاييس التداخل المتطابقة بطول 4 كيلومترات في الولايات المتحدة والعذراء ، كاشف بطول 3 كيلومترات في إيطاليا.

تكون الإشارة ، التي تشبه حوالي أربع اهتزازات قصيرة ، قصيرة للغاية في مدتها ، وتستمر لأقل من عُشر ثانية. وفقًا لما يمكن للباحثين قوله ، تم إنشاء GW190521 من مصدر يبعد حوالي 5 جيجا فرسخ ، عندما كان عمر الكون حوالي نصف عمره ، مما يجعله أحد أكثر مصادر موجات الجاذبية البعيدة التي تم اكتشافها حتى الآن.

بالنسبة لما أنتج هذه الإشارة ، استنادًا إلى مجموعة قوية من أحدث أدوات الحوسبة والنمذجة ، يعتقد العلماء أن GW190521 نشأ على الأرجح عن طريق اندماج ثقب أسود ثنائي بخصائص غير عادية.

كانت كل إشارة موجة جاذبية مؤكدة حتى الآن تقريبًا من اندماج ثنائي ، إما بين ثقبين أسودين أو نجمين نيوترونيين. يبدو أن هذا الاندماج الأحدث هو الأكبر حتى الآن ، حيث يتضمن ثقبين أسودين ملهمين كتلتهما تزيد عن 85 و 66 ضعف كتلة الشمس.

قام فريق LIGO-Virgo أيضًا بقياس دوران كل ثقب أسود واكتشفوا أنه مع اقتراب الثقوب السوداء من بعضها البعض ، كان من الممكن أن تدور حول محاورها الخاصة ، في زوايا كانت خارج المحاذاة مع محور مدارها. من المحتمل أن تسببت السبينات المنحرفة للثقوب السوداء في تذبذب مداراتها ، أو "الانطلاق" ، حيث كان جالوتان يتصاعدان باتجاه بعضهما البعض.

من المحتمل أن تمثل الإشارة الجديدة لحظة اندماج الثقوب السوداء. أدى الاندماج إلى إنشاء ثقب أسود أكثر ضخامة ، حوالي 142 كتلة شمسية ، وأطلق كمية هائلة من الطاقة ، تعادل حوالي 8 كتل شمسية ، منتشرة في جميع أنحاء الكون على شكل موجات الجاذبية.

يقول عضو برج العذراء نيلسون كريستنسن ، الباحث في المركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية (CNRS) ، الذي يقارن الإشارة بأول اكتشاف لموجات الجاذبية في LIGO: "هذا لا يشبه إلى حد كبير غردًا ، وهو ما نكتشفه عادةً". 2015. "هذا أشبه بشيء يذهب إلى" الانفجار "، وهو أكبر إشارة شاهدها LIGO و Virgo."

قام الفريق الدولي من العلماء ، الذي يتألف من LIGO Scientific Collaboration (LSC) و Virgo Collaboration ، بالإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في ورقتين تم نشرهما اليوم. واحد ، يظهر في رسائل المراجعة البدنية، تفاصيل الاكتشاف ، والآخر ، في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، يناقش الخصائص الفيزيائية للإشارة والآثار الفيزيائية الفلكية.

يقول بيدرو مارونيتي ، مدير برنامج فيزياء الجاذبية في National Science: "يفاجئنا LIGO مرة أخرى ليس فقط باكتشاف الثقوب السوداء بأحجام يصعب تفسيرها ، ولكن باستخدام تقنيات لم يتم تصميمها خصيصًا لعمليات الاندماج النجمية". المؤسسة. "هذا ذو أهمية كبيرة لأنه يعرض قدرة الجهاز على اكتشاف الإشارات من أحداث فيزيائية فلكية غير متوقعة تمامًا. يوضح LIGO أنه يمكنه أيضًا مراقبة ما هو غير متوقع."

تثير الكتل الكبيرة الفريدة من الثقبين الأسودين الملهمين ، وكذلك الثقب الأسود الأخير ، عددًا كبيرًا من الأسئلة حول تكوينها.

جميع الثقوب السوداء التي لوحظت حتى الآن تندرج ضمن فئتين: الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ، والتي تقاس من بضع كتل شمسية حتى عشرات الكتل الشمسية ويُعتقد أنها تتشكل عندما تموت النجوم الضخمة أو الثقوب السوداء الهائلة ، مثل تلك الموجودة في مركز مجرة ​​درب التبانة ، والتي تتراوح من مئات الآلاف إلى بلايين المرات من شمسنا.

ومع ذلك ، فإن الثقب الأسود النهائي الذي تزن 142 كتلة شمسية والذي نتج عن اندماج GW190521 يقع ضمن نطاق كتلة وسيط بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والثقوب السوداء فائقة الكتلة - وهو الأول من نوعه الذي تم اكتشافه على الإطلاق.

يبدو أن الثقبين الأسودين اللذين أنتجا الثقب الأسود النهائي فريدان أيضًا في حجمهما. إنها ضخمة جدًا لدرجة أن العلماء يشتبهون في أن أحدهما أو كليهما ربما لم يتشكل من نجم منهار ، كما تفعل معظم الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية.

وفقًا لفيزياء التطور النجمي ، فإن الضغط الخارجي من الفوتونات والغاز في قلب النجم يدعمه ضد قوة الجاذبية التي تدفع إلى الداخل ، بحيث يكون النجم مستقرًا ، مثل الشمس. بعد أن يدمج قلب نجم ضخم نوى ثقيلة مثل الحديد ، لم يعد بإمكانه إنتاج ضغط كافٍ لدعم الطبقات الخارجية. عندما يكون هذا الضغط الخارجي أقل من الجاذبية ، ينهار النجم تحت وزنه ، في انفجار يسمى سوبر نوفا انهيار النواة ، والذي يمكن أن يترك وراءه ثقبًا أسود.

يمكن لهذه العملية أن تشرح كيف يمكن للنجوم التي تبلغ كتلتها 130 كتلة شمسية أن تنتج ثقوبًا سوداء تصل إلى 65 كتلة شمسية. لكن بالنسبة للنجوم الأثقل ، يُعتقد أن الظاهرة المعروفة باسم "عدم الاستقرار الزوجي" تبدأ. عندما تصبح فوتونات النواة نشطة للغاية ، يمكن أن تتحول إلى زوج إلكترون ومضاد للإلكترون. تولد هذه الأزواج ضغطًا أقل من الفوتونات ، مما يجعل النجم غير مستقر ضد الانهيار الثقالي ، والانفجار الناتج قوي بما يكفي لعدم ترك أي شيء خلفه. حتى النجوم الأكثر ضخامة ، التي تزيد عن 200 كتلة شمسية ، ستنهار في النهاية مباشرة إلى ثقب أسود لا يقل عن 120 كتلة شمسية. وبالتالي ، لا ينبغي أن يكون النجم المنهار قادرًا على إنتاج ثقب أسود بين 65 و 120 كتلة شمسية تقريبًا - وهو نطاق يُعرف باسم "فجوة كتلة عدم الاستقرار الزوجي".

ولكن الآن ، فإن أثقل الثقوب السوداء التي أنتجت إشارة GW190521 ، عند 85 كتلة شمسية ، هو أول ما يتم اكتشافه حتى الآن داخل فجوة كتلة عدم الاستقرار الزوجي.

يقول كريستنسن ، مدير مختبر أرتميس في المعهد: "حقيقة أننا نرى ثقبًا أسود في فجوة الكتلة هذه ستجعل الكثير من علماء الفيزياء الفلكية يخدشون رؤوسهم ويحاولون اكتشاف كيفية صنع هذه الثقوب السوداء". مرصد نيس في فرنسا.

أحد الاحتمالات ، التي اعتبرها الباحثون في ورقتهم الثانية ، هو اندماج هرمي ، حيث ربما يكون الثقبان السالفان السالفان قد تكوّنا من اندماج ثقبين أسودين صغيرين ، قبل الهجرة معًا والاندماج في النهاية.

يقول Alan Weinstein ، عضو LIGO ، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "هذا الحدث يفتح أسئلة أكثر مما يقدم إجابات". "من منظور الاكتشاف والفيزياء ، إنه شيء مثير للغاية."

هناك العديد من الأسئلة المتبقية بخصوص GW190521.

بينما تستمع كاشفات LIGO و Virgo لموجات الجاذبية التي تمر عبر الأرض ، تمشط عمليات البحث الآلية عبر البيانات الواردة بحثًا عن إشارات مثيرة للاهتمام. يمكن أن تستخدم عمليات البحث هذه طريقتين مختلفتين: الخوارزميات التي تنتقي أنماط موجات معينة في البيانات التي قد تكون قد تم إنتاجها بواسطة أنظمة ثنائية مدمجة وعمليات بحث "انفجارية" أكثر عمومية ، والتي تبحث بشكل أساسي عن أي شيء خارج عن المألوف.

يشبه سالفاتور فيتالي ، عضو LIGO ، الأستاذ المساعد للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، عمليات البحث الثنائية المدمجة بـ "تمرير المشط عبر البيانات ، التي ستلتقط الأشياء في تباعد معين" ، على عكس عمليات البحث المتقطعة التي هي أكثر منهجًا "شاملًا" .

في حالة GW190521 ، كان بحثًا متقطعًا هو الذي التقط الإشارة بشكل أكثر وضوحًا قليلاً ، مما فتح فرصة ضئيلة جدًا لأن تكون موجات الجاذبية قد نشأت من شيء آخر غير الاندماج الثنائي.

يقول وينشتاين: "إن معيار التأكيد على اكتشافنا شيئًا جديدًا مرتفع للغاية". "لذلك نحن عادة نطبق شفرة أوكام: الحل الأبسط هو الأفضل ، وهو في هذه الحالة ثقب أسود ثنائي."

ولكن ماذا لو أنتج شيء جديد تمامًا موجات الجاذبية هذه؟ إنه احتمال محير ، وفي ورقتهم بحث العلماء بإيجاز في مصادر أخرى في الكون ربما تكون قد أنتجت الإشارة التي اكتشفوها. على سبيل المثال ، ربما تكون موجات الجاذبية قد انبعثت من انهيار نجم في مجرتنا. يمكن أن تكون الإشارة أيضًا من سلسلة كونية تم إنتاجها بعد تضخم الكون مباشرة في لحظاته الأولى - على الرغم من أن أيا من هذه الاحتمالات الغريبة لا تتطابق مع البيانات بالإضافة إلى الدمج الثنائي.

يقول وينشتاين: "منذ أن قمنا بتشغيل LIGO لأول مرة ، كان كل ما لاحظناه بثقة هو تصادم الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية ، وهذا هو الحدث الوحيد الذي يسمح فيه تحليلنا باحتمال ألا يكون هذا الحدث مثل هذا التصادم. على الرغم من أن هذا الحدث يتوافق مع كونه ناتجًا عن اندماج ثقوب أسود ثنائي ضخم بشكل استثنائي ، والتفسيرات البديلة غير مرغوبة ، إلا أنه يدفع حدود ثقتنا. ومن المحتمل أن يجعل ذلك الأمر مثيرًا للغاية. لأننا جميعًا نأمل في شيء جديد ، شيء ما غير متوقع ، يمكن أن يتحدى ما تعلمناه بالفعل. هذا الحدث لديه القدرة على القيام بذلك.


يقوم LIGO و Virgo بالكشف الأول عن موجات الجاذبية الناتجة عن اصطدام النجوم النيوترونية

يتم توفير الصور للتنزيل على موقع مكتب MIT الإخباري للكيانات غير التجارية والصحافة وعامة الجمهور بموجب ترخيص Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. لا يجوز لك تغيير الصور المقدمة ، بخلاف قصها حسب الحجم. يجب استخدام حد ائتمان عند إعادة إنتاج الصور إذا لم يتم توفير أحدها أدناه ، فامنح الصور إلى "MIT".

الصورة السابقة الصورة التالية

لأول مرة ، اكتشف العلماء مباشرة موجات الجاذبية - تموجات في الزمكان - بالإضافة إلى الضوء من الاصطدام المذهل لنجمين نيوترونيين. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها مشاهدة حدث كوني في كل من موجات الجاذبية والضوء.

تم الاكتشاف باستخدام مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ومقره الولايات المتحدة ، وهو كاشف برج العذراء ومقره أوروبا وحوالي 70 مرصدًا أرضيًا وفضائيًا.

النجوم النيوترونية هي أصغر النجوم الموجودة وأكثرها كثافة وتتشكل عندما تنفجر النجوم الضخمة في السوبرنوفا. عندما تصاعدت هذه النجوم النيوترونية معًا ، أصدرت موجات جاذبية يمكن اكتشافها لمدة 100 ثانية تقريبًا عندما اصطدمت ، انبعث وميض من الضوء على شكل أشعة جاما وشوهد على الأرض بعد حوالي ثانيتين من موجات الجاذبية. في الأيام والأسابيع التي أعقبت الانهيار ، تم اكتشاف أشكال أخرى من الضوء ، أو الإشعاع الكهرومغناطيسي - بما في ذلك الأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة تحت الحمراء ، وموجات الراديو.

فيديو: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / مختبر CI

أعطت الملاحظات لعلماء الفلك فرصة غير مسبوقة للتحقيق في اصطدام نجمين نيوترونيين. على سبيل المثال ، تكشف الملاحظات التي أجراها مرصد الجوزاء الأمريكي ، والتلسكوب الأوروبي الكبير جدًا ، وتلسكوب هابل الفضائي عن توقيعات لمواد تم تصنيعها مؤخرًا ، بما في ذلك الذهب والبلاتين ، مما يحل لغزًا دام عقودًا من الزمن حيث كان نصف جميع العناصر أثقل من الحديد. يتم إنتاجها.

تم نشر نتائج LIGO-Virgo اليوم في المجلة رسائل المراجعة البدنية تم تقديم أوراق إضافية من تعاونات LIGO و Virgo والمجتمع الفلكي أو تم قبولها للنشر في مجلات مختلفة.

كوردوفا ، مديرة مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ، التي تمول LIGO: "من المثير للغاية أن نشهد حدثًا نادرًا يغير فهمنا لآليات عمل الكون". "يحقق هذا الاكتشاف هدفًا طويل الأمد كان لدى العديد منا ، وهو مراقبة الأحداث الكونية النادرة في وقت واحد باستخدام كل من المراصد التقليدية ومراصد الموجات الثقالية. فقط من خلال استثمار NSF لمدة أربعة عقود في مراصد الموجات الثقالية ، إلى جانب التلسكوبات التي تراقب من الراديو إلى أطوال موجات أشعة غاما ، يمكننا توسيع فرصنا لاكتشاف الظواهر الكونية الجديدة وتجميع سرد جديد لفيزياء النجوم في مخاض موتهم ".

علامة نجمية

تم اكتشاف إشارة الجاذبية ، المسماة GW170817 ، لأول مرة في 17 أغسطس في الساعة 8:41 صباحًا بالتوقيت الصيفي الشرقي ، وقد تم الاكتشاف بواسطة كاشفين متطابقين من LIGO ، يقعان في هانفورد ، واشنطن ، وليفينجستون ، لويزيانا. المعلومات التي قدمها الكاشف الثالث ، برج العذراء ، الواقع بالقرب من بيزا بإيطاليا ، مكنت من تحسين توطين الحدث الكوني. في ذلك الوقت ، كان LIGO يقترب من نهاية تشغيله الثاني للمراقبة منذ أن تمت ترقيته في برنامج يسمى Advanced LIGO ، بينما بدأ Virgo تشغيله الأول بعد الانتهاء مؤخرًا من الترقية المعروفة باسم Advanced Virgo.

تم تصميم مراصد LIGO الممولة من NSF وبناؤها وتشغيلها من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يتم تمويل برج العذراء من قبل Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) في إيطاليا والمركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في فرنسا ، ويديره مرصد الجاذبية الأوروبي. يعمل حوالي 1500 عالم في LIGO Scientific Collaboration و Virgo Collaboration معًا لتشغيل أجهزة الكشف ومعالجة وفهم بيانات موجات الجاذبية التي يلتقطونها.

يتكون كل مرصد من نفقين طويلين مرتبين على شكل حرف L ، وعند مفصلهما ينقسم شعاع الليزر إلى قسمين. يتم إرسال الضوء على طول كل نفق ، ثم ينعكس مرة أخرى في الاتجاه الذي جاء منه بواسطة مرآة معلقة. في حالة عدم وجود موجات الجاذبية ، يجب أن يعود ضوء الليزر في كل نفق إلى الموقع الذي تنقسم فيه الحزم ، في نفس الوقت بالضبط. إذا مرت موجة الجاذبية عبر المرصد ، فإنها ستغير وقت وصول كل حزمة ليزر ، مما يخلق تغييرًا غير محسوس تقريبًا في إشارة خرج المرصد.

في 17 أغسطس ، التقط برنامج تحليل البيانات في الوقت الفعلي من LIGO إشارة قوية لموجات الجاذبية من الفضاء في أحد كاشفي LIGO. في نفس الوقت تقريبًا ، اكتشف جهاز مراقبة انفجار أشعة جاما الموجود على تلسكوب فيرمي الفضائي التابع لناسا انفجارًا لأشعة جاما. قام برنامج تحليل LIGO-Virgo بتجميع الإشارتين معًا ورأى أنه من غير المرجح أن تكون مصادفة ، وأشار تحليل LIGO آلي آخر إلى وجود إشارة موجة جاذبية متزامنة في كاشف LIGO الآخر. مكّن الاكتشاف السريع لموجات الجاذبية من قبل فريق LIGO-Virgo ، إلى جانب اكتشاف أشعة جاما من Fermi ، من إطلاق المتابعة بواسطة التلسكوبات في جميع أنحاء العالم.

أشارت بيانات LIGO إلى أن جسمين فيزيائيين فلكيين يقعان على مسافة قريبة نسبيًا تبلغ حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض كانا يتصاعدان باتجاه بعضهما البعض. يبدو أن الأجسام لم تكن ضخمة مثل الثقوب السوداء الثنائية - وهي أجسام اكتشفها LIGO و Virgo سابقًا. بدلاً من ذلك ، تم تقدير الأجسام الملهمة لتكون في نطاق يتراوح من حوالي 1.1 إلى 1.6 مرة من كتلة الشمس ، في النطاق الكتلي للنجوم النيوترونية. يبلغ قطر النجم النيوتروني حوالي 20 كيلومترًا ، أو 12 ميلًا ، وهو كثيف جدًا لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني تبلغ كتلتها حوالي مليار طن.

بينما تُنتج الثقوب السوداء الثنائية "غردات" تدوم لجزء من الثانية في النطاق الحساس لكاشف LIGO ، استمر غرد 17 أغسطس لما يقرب من 100 ثانية وشوهد من خلال النطاق الترددي الكامل لـ LIGO - تقريبًا نفس نطاق الآلات الموسيقية الشائعة. يمكن للعلماء تحديد مصدر الزقزقة على أنها أجسام أقل كتلة بكثير من الثقوب السوداء التي شوهدت حتى الآن.

يقول David Shoemaker ، المتحدث باسم LIGO Scientific Collaboration وعالم أبحاث أول في MIT معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء. "من إبلاغ النماذج التفصيلية للأعمال الداخلية للنجوم النيوترونية والانبعاثات التي تنتجها ، إلى الفيزياء الأساسية مثل النسبية العامة ، فإن هذا الحدث غني جدًا. إنها هدية ستستمر في العطاء ".

تضيف Laura Cadonati ، أستاذة الفيزياء في Georgia Tech و نائب المتحدث الرسمي باسم LIGO Scientific Collaboration. "لقد فتح هذا الاكتشاف الأبواب حقًا لطريقة جديدة للقيام بالفيزياء الفلكية. أتوقع أنه سيتم تذكره كواحد من أكثر الأحداث الفيزيائية الفلكية دراسة في التاريخ ".

تنبأ الباحثون النظريون أنه عندما تصطدم النجوم النيوترونية ، يجب أن تصدر موجات ثقالية وأشعة جاما ، إلى جانب نفاثات قوية تنبعث منها الضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي. انفجار أشعة غاما الذي اكتشفه فيرمي ، وبعد ذلك بوقت قصير أكده مرصد أشعة غاما التابع لوكالة الفضاء الأوروبية INTEGRAL ، هو ما يسمى انفجار أشعة غاما القصيرة ، تؤكد الملاحظات الجديدة أن بعض دفقات أشعة غاما القصيرة على الأقل يتم إنشاؤها بواسطة اندماج النجوم النيوترونية - وهو أمر تم التنظير به من قبل فقط.

تقول جولي ماكنري ، عالمة مشروع فيرمي ، من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا: "لعقود من الزمن ، كنا نشك في أن انفجارات أشعة غاما القصيرة كانت مدفوعة بعمليات اندماج النجوم النيوترونية". "الآن ، مع البيانات المذهلة من LIGO و Virgo لهذا الحدث ، لدينا الإجابة. تخبرنا موجات الجاذبية أن الأجسام المندمجة بها كتل تتفق مع النجوم النيوترونية ، ويخبرنا وميض أشعة غاما أنه من غير المحتمل أن تكون الأجسام ثقوبًا سوداء ، حيث لا يُتوقع أن ينتج عن تصادم الثقوب السوداء ضوء. "

ولكن بينما يبدو أن لغزًا واحدًا قد تم حله ، ظهرت ألغاز جديدة. كان انفجار أشعة غاما القصير المرصود أحد الأقرب إلى الأرض الذي شوهد حتى الآن ، لكنه كان ضعيفًا بشكل مدهش بالنسبة لبعده. بدأ العلماء في اقتراح نماذج لسبب حدوث ذلك ، كما يقول ماكنري ، مضيفًا أنه من المرجح أن تظهر رؤى جديدة لسنوات قادمة.

رقعة في السماء

على الرغم من أن كاشفات LIGO التقطت لأول مرة موجة الجاذبية في الولايات المتحدة ، إلا أن برج العذراء في إيطاليا لعب دورًا رئيسيًا في القصة. نظرًا لاتجاهه فيما يتعلق بالمصدر في وقت الاكتشاف ، استعاد برج العذراء إشارة صغيرة جنبًا إلى جنب مع أحجام الإشارة والتوقيت في كاشفات LIGO ، مما سمح للعلماء بتثليث الموقع بدقة في السماء. بعد إجراء فحص شامل للتأكد من أن الإشارات ليست من صنع الأجهزة ، خلص العلماء إلى أن موجة الجاذبية جاءت من بقعة صغيرة نسبيًا في السماء الجنوبية.

يقول جو فان دن براند من Nikhef (المعهد الوطني الهولندي للفيزياء دون الذرية) وجامعة VU أمستردام ، وهو المتحدث باسم تعاون برج العذراء: "يحتوي هذا الحدث على أدق توطين السماء لجميع موجات الجاذبية المكتشفة حتى الآن". "مكنت هذه الدقة القياسية علماء الفلك من إجراء ملاحظات متابعة أدت إلى عدد كبير من النتائج المذهلة."

ويضيف مدير EGO فيديريكو فيريني: "هذه النتيجة هي مثال رائع لفعالية العمل الجماعي ، وأهمية التنسيق ، وقيمة التعاون العلمي". "يسعدنا أن نلعب دورنا ذي الصلة في هذا التحدي العلمي الاستثنائي: بدون برج العذراء ، كان من الصعب جدًا تحديد مصدر موجات الجاذبية."

كان Fermi قادرًا على توفير توطين تم تأكيده لاحقًا وصقله بشكل كبير مع الإحداثيات التي يوفرها اكتشاف LIGO-Virgo المشترك. باستخدام هذه الإحداثيات ، تمكنت مجموعة من المراصد حول العالم ، بعد ساعات ، من البدء في البحث في منطقة السماء حيث كان يُعتقد أن الإشارة نشأت. تم العثور على نقطة ضوء جديدة ، تشبه نجمًا جديدًا ، لأول مرة بواسطة التلسكوبات البصرية. في النهاية ، لاحظ حوالي 70 مرصدًا على الأرض وفي الفضاء الحدث بأطوال موجية تمثيلية.

يقول David H. Reitze من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، المدير التنفيذي لمختبر LIGO: "يفتح هذا الاكتشاف نافذة لعلم فلك" متعدد الرسائل "طال انتظاره"."إنها المرة الأولى التي نلاحظ فيها حدثًا فيزيائيًا فلكيًا كارثيًا في كل من موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية - رسلنا الكونيون. يوفر علم فلك الموجات الثقالية فرصًا جديدة لفهم خصائص النجوم النيوترونية بطرق لا يمكن تحقيقها باستخدام علم الفلك الكهرومغناطيسي وحده ".

كرة نارية وشفق

سيصدر كل مرصد كهرومغناطيسي ملاحظاته التفصيلية الخاصة بالحدث الفيزيائي الفلكي. في غضون ذلك ، تظهر صورة عامة بين جميع المراصد المعنية والتي تؤكد بشكل أكبر أن إشارة موجة الجاذبية الأولية جاءت بالفعل من زوج من النجوم النيوترونية الملهمة.

منذ ما يقرب من 130 مليون سنة ، كان النجمان النيوترونيان في لحظاتهما الأخيرة من الدوران حول بعضهما البعض ، مفصولين فقط بحوالي 300 كيلومتر ، أو 200 ميل ، وتجمعان السرعة مع إغلاق المسافة بينهما. عندما تصاعدت النجوم بشكل لولبي بشكل أسرع وأقرب من بعضها البعض ، قامت بتمدد وتشويه الزمكان المحيط ، مما يعطي طاقة على شكل موجات جاذبية قوية ، قبل أن تصطدم ببعضها البعض.

في لحظة الاصطدام ، اندمج الجزء الأكبر من النجمين النيوترونيين في جسم واحد فائق الكثافة ، مُصدرًا "كرة نارية" من أشعة جاما. توفر القياسات الأولية لأشعة غاما ، جنبًا إلى جنب مع اكتشاف موجات الجاذبية ، تأكيدًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، والتي تتنبأ بأن موجات الجاذبية يجب أن تنتقل بسرعة الضوء.

تنبأ العلماء النظريون بأن ما يلي كرة النار الأولية هو "كيلونوفا" - وهي ظاهرة يتم من خلالها تحطيم المادة المتبقية من اصطدام النجم النيوتروني ، والتي تتوهج بالضوء ، خارج المنطقة المجاورة وبعيدًا في الفضاء. تظهر الملاحظات الجديدة المستندة إلى الضوء أن العناصر الثقيلة ، مثل الرصاص والذهب ، يتم إنشاؤها في هذه الاصطدامات ثم يتم توزيعها لاحقًا في جميع أنحاء الكون.

في الأسابيع والأشهر المقبلة ، ستستمر التلسكوبات حول العالم في مراقبة الشفق اللاحق للاندماج النجمي النيوتروني وجمع المزيد من الأدلة حول مراحل الاندماج المختلفة ، وتفاعلها مع محيطها ، والعمليات التي تنتج أثقل العناصر في الكون. .

"عندما كنا نخطط لـ LIGO لأول مرة في أواخر الثمانينيات ، علمنا أننا سنحتاج في النهاية إلى شبكة دولية من مراصد موجات الجاذبية ، بما في ذلك أوروبا ، للمساعدة في توطين مصادر موجات الجاذبية حتى تتمكن التلسكوبات التي تعتمد على الضوء من المتابعة و ادرس توهج أحداث مثل اندماج النجوم النيوترونية "، كما يقول فريد راب من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، المدير المساعد لعمليات المرصد في ليجو. "يمكننا اليوم أن نقول إن شبكة الموجات الثقالية لدينا تعمل معًا ببراعة مع المراصد القائمة على الضوء للدخول في حقبة جديدة في علم الفلك ، وستتحسن مع الإضافة المخطط لها للمراصد في اليابان والهند."

يتم تمويل LIGO من قبل NSF ، ويتم تشغيله من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، اللذان ابتكرتا LIGO وقادا مشاريع LIGO الأولية والمتقدمة. قادت مؤسسة NSF الدعم المالي لمشروع LIGO المتقدم مع ألمانيا (جمعية ماكس بلانك) ، والمملكة المتحدة (مجلس منشآت العلوم والتكنولوجيا) وأستراليا (مجلس البحوث الأسترالي) وقدمت التزامات ومساهمات كبيرة للمشروع.

يشارك أكثر من 1200 عالم وحوالي 100 مؤسسة من جميع أنحاء العالم في هذا الجهد من خلال LIGO Scientific Collaboration ، والذي يتضمن GEO Collaboration والتعاون الأسترالي OzGrav. يتم سرد الشركاء الإضافيين في ligo.org/partners.php.

يتكون تعاون برج العذراء من أكثر من 280 من الفيزيائيين والمهندسين الذين ينتمون إلى 20 مجموعة بحث أوروبية مختلفة: ستة من المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في فرنسا ، وثمانية من المعهد الوطني للأبحاث العلمية (INFN) في إيطاليا ، اثنان في هولندا مع Nikhef MTA Wigner RCP في المجر ومجموعة POLGRAW في بولندا وجامعة فالنسيا في إسبانيا ومرصد الجاذبية الأوروبي ، EGO ، المختبر الذي يستضيف كاشف برج العذراء بالقرب من بيزا في إيطاليا ، بتمويل من CNRS و INFN و Nikhef.


محتويات

تم الإعلان عن الملاحظات رسميًا في 16 أكتوبر 2017 في مؤتمرات صحفية في نادي الصحافة الوطني في واشنطن العاصمة وفي مقر ESO في Garching bei München في ألمانيا. [13] [14] [15]

تم تسريب بعض المعلومات قبل الإعلان الرسمي ، بدءًا من 18 أغسطس 2017 عندما قام عالم الفلك جيه كريج ويلر من جامعة تكساس في أوستن بتغريد "New LIGO. مصدر مع نظير بصري. انفخ بجوارك!". [5] قام لاحقًا بحذف التغريدة واعتذر عن تجاوز بروتوكول الإعلان الرسمي. تابع أشخاص آخرون الشائعات ، وأفادوا أن السجلات العامة للعديد من التلسكوبات الرئيسية سجلت مقاطعات ذات أولوية من أجل مراقبة NGC 4993 ، وهي مجرة ​​40 Mpc (130 Mly) بعيدة في كوكبة هيدرا. [23] [24] كان التعاون قد رفض في وقت سابق التعليق على الشائعات ، وليس إضافة إلى الإعلان السابق عن وجود العديد من المحفزات قيد التحليل. [25] [26]

استمرت إشارة موجة الجاذبية لمدة 100 ثانية تقريبًا بدءًا من تردد 24 هرتز. غطت ما يقرب من 3000 دورة ، وزادت في السعة والتردد إلى بضع مئات من هرتز في نمط غرد ملهم نموذجي ، وتنتهي بالتصادم الذي تم استقباله في الساعة 12: 41: 04.4 بالتوقيت العالمي المنسق. [2]: 2 وصلت أولاً إلى كاشف العذراء في إيطاليا ، ثم بعد 22 مللي ثانية في كاشف LIGO-Livingston في لويزيانا ، الولايات المتحدة ، وثلاثة مللي ثانية أخرى في وقت لاحق في كاشف LIGO-Hanford في ولاية واشنطن ، في الولايات المتحدة الأمريكية. تم الكشف عن الإشارة وتحليلها من خلال المقارنة مع التنبؤ من النسبية العامة المحددة من التوسع ما بعد نيوتن. [1]: 3

أدى البحث التلقائي على الكمبيوتر في LIGO-Hanford datastream إلى إطلاق تنبيه لفريق LIGO بعد حوالي 6 دقائق من الحدث. تم إصدار تنبيه أشعة جاما بالفعل في هذه المرحلة (بعد 16 ثانية من الحدث) ، [27] لذلك تم تحديد التوقيت القريب من المصادفة تلقائيًا. أصدر فريق LIGO / Virgo تنبيهًا أوليًا (مع موقع أشعة غاما الخام فقط) لعلماء الفلك في فرق المتابعة بعد 40 دقيقة من الحدث. [28] [29]

يتطلب توطين الحدث في السماء تجميع البيانات من مقاييس التداخل الثلاثة التي تأخرت بسبب مشكلتين. تم تأخير بيانات برج العذراء بسبب مشكلة في نقل البيانات ، وتلوثت بيانات LIGO Livingston من خلال اندفاع قصير من الضوضاء الآلية قبل ثوانٍ قليلة من ذروة الحدث ، ولكنها استمرت بالتوازي مع ارتفاع الإشارة العابرة في أدنى الترددات. تطلب هذا التحليل اليدوي والاستيفاء قبل الإعلان عن موقع السماء بعد حوالي 4.5 ساعة من الحدث. [30] [29] حددت الاكتشافات الثلاثة المصدر في منطقة 31 درجة مربعة في السماء الجنوبية بنسبة احتمال 90٪. أدت الحسابات الأكثر تفصيلاً في وقت لاحق إلى تحسين الترجمة في حدود 28 درجة مربعة. [28] [2] على وجه الخصوص ، فإن عدم وجود اكتشاف واضح من قبل نظام برج العذراء يعني أن المصدر كان في إحدى النقاط العمياء للعذراء هذا غياب ساهمت الإشارة في بيانات برج العذراء في تقليل منطقة احتواء المصدر بشكل كبير. [31]

كانت أول إشارة كهرومغناطيسية تم اكتشافها هي GRB 170817A ، وهي عبارة عن انفجار قصير لأشعة غاما ، تم اكتشافه بعد 1.74 ± 0.05 ثانية بعد وقت الاندماج واستمر لمدة ثانيتين تقريبًا. [14] [23] [1]: 5

تم اكتشاف GRB 170817A بواسطة تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما ، مع إصدار تنبيه تلقائي بعد 14 ثانية فقط من اكتشاف GRB. بعد التعميم LIGO / Virgo بعد 40 دقيقة ، اكتشفت المعالجة اليدوية للبيانات من تلسكوب INTEGRAL لأشعة غاما نفس GRB. ساعد الاختلاف في وقت الوصول بين Fermi و INTEGRAL في تحسين توطين السماء.

كان GRB خافتًا نسبيًا نظرًا لقرب المجرة المضيفة NGC 4993 ، ربما بسبب عدم توجيه نفاثاتها مباشرة نحو الأرض ، ولكن بزاوية حوالي 30 درجة إلى الجانب. [15] [32]

تم إصدار سلسلة من التنبيهات لعلماء فلك آخرين ، بدءًا من تقرير الكشف عن أشعة جاما وكاشف LIGO أحادي الكاشف في الساعة 13:21 بالتوقيت العالمي المنسق ، وموقع السماء ثلاثي الكواشف في الساعة 17:54 بالتوقيت العالمي المنسق. [28] وقد أدى ذلك إلى إجراء بحث مكثف من قبل العديد من أجهزة المسح والتلسكوبات الآلية. بالإضافة إلى الحجم الكبير المتوقع لمنطقة البحث (حوالي 150 ضعف مساحة البدر) ، كان هذا البحث صعبًا لأن منطقة البحث كانت بالقرب من الشمس في السماء وبالتالي مرئية لمدة ساعات قليلة على الأكثر بعد الغسق لمدة أي تلسكوب معين. [29]

في المجموع ستة فرق (متر واحد ، نصفي الكرة الأرضية (1M2H) ، DLT40 ، VISTA ، Master ، DECam ، مرصد Las Cumbres (تشيلي) صورت نفس المصدر الجديد بشكل مستقل في فترة 90 دقيقة. [1]: 5 أول من كشف الضوء البصري المرتبط بالتصادم كان فريق 1M2H الذي يدير مسح Swope Supernova ، والذي وجده في صورة NGC 4993 تم التقاطها بعد 10 ساعات و 52 دقيقة من حدث GW [14] [1] [33] بمقياس 1 متر تلسكوب Swope بقطر (3.3 قدم) يعمل في الأشعة تحت الحمراء القريبة في مرصد لاس كامباناس ، تشيلي ، كما كانوا أول من أعلن عن ذلك ، وأطلقوا أسماء على اكتشافهم SSS 17 أ فى نشرة صادرة بعد 12 ساعة و 26 م بعد الحدث. تم منح المصدر الجديد لاحقًا تسمية رسمية من الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) ال 2017gfo.

قام فريق 1M2H بمسح جميع المجرات في منطقة الفضاء التي تنبأت بها ملاحظات موجات الجاذبية ، وحدد عابرًا واحدًا جديدًا. [32] [33] من خلال تحديد المجرة المضيفة للاندماج ، من الممكن توفير مسافة دقيقة تتفق مع تلك القائمة على موجات الجاذبية وحدها. [15

قدم اكتشاف المصدر البصري والأشعة تحت الحمراء القريبة تحسنًا كبيرًا في التوطين ، مما قلل من عدم اليقين من عدة درجات إلى 0.0001 درجة ، مما مكن العديد من التلسكوبات الأرضية والفضائية الكبيرة من متابعة المصدر خلال الأيام والأسابيع التالية. في غضون ساعات بعد التوطين ، تم إجراء العديد من الملاحظات الإضافية عبر الأشعة تحت الحمراء والطيف المرئي. [33] على مدار الأيام التالية ، تغير لون المصدر البصري من الأزرق إلى الأحمر مع توسع المصدر وتبريده. [32]

لوحظ أن العديد من الأطياف الضوئية والأشعة تحت الحمراء كانت عديمة الملامح تقريبًا ، ولكن بعد بضعة أيام ، ظهرت ميزات واسعة تشير إلى مادة مقذوفة بنسبة 10 بالمائة تقريبًا من سرعة الضوء. هناك العديد من الأدلة القوية على أن AT 2017gfo هو بالفعل تداعيات GW 170817: يختلف تطور الألوان والأطياف بشكل كبير عن أي مستعر أعظم معروف. تتوافق مسافة NGC 4993 مع تلك المقدرة بشكل مستقل من إشارة GW. لم يتم العثور على عابر آخر في منطقة توطين السماء GW. أخيرًا ، لا تُظهر صور الأرشيف المختلفة قبل الحدث شيئًا في موقع AT 2017gfo ، مما يستبعد وجود نجم متغير في المقدمة في مجرة ​​درب التبانة. [1]

تم الكشف عن المصدر في الأشعة فوق البنفسجية (ولكن ليس في الأشعة السينية) بعد 15.3 ساعة من الحدث بواسطة Swift Gamma-Ray Burst Mission. [1]: 6 بعد النقص الأولي في اكتشافات الأشعة السينية والراديو ، تم اكتشاف المصدر في الأشعة السينية بعد 9 أيام بواسطة مرصد شاندرا للأشعة السينية ، [34] [35] وبعد 16 يومًا في الراديو بواسطة مجموعة Karl G. Jansky الكبيرة جدًا (VLA) في نيو مكسيكو. [15] أكثر من 70 مرصدًا تغطي الطيف الكهرومغناطيسي لاحظ المصدر. [15]

استمر ضوء الراديو والأشعة السينية في الارتفاع لعدة أشهر بعد الدمج ، [36] وتم تمثيلهما على أنهما يتناقصان. [37] في سبتمبر 2019 ، أفاد علماء الفلك بالحصول على صورة بصرية لـ GW170817 [افتراضي] توهج بواسطة تلسكوب هابل الفضائي. [38] [39] في مارس 2020 ، لاحظ مرصد تشاندرا استمرار انبعاث الأشعة السينية عند 5 سيغما بعد 940 يومًا من الاندماج ، مطالبًا بزيادة أو دحض النماذج السابقة التي تم استكمالها سابقًا بتدخلات إضافية لاحقة . [40]

لم يتم العثور على نيوترينوات متوافقة مع المصدر في عمليات البحث اللاحقة بواسطة مرصد النيوترينو IceCube و ANTARES ومرصد Pierre Auger. [2] [1] أحد التفسيرات المحتملة لعدم اكتشاف النيوترينوات هو أن الحدث لوحظ بزاوية كبيرة خارج المحور ، وبالتالي لم يتم توجيه تيار التدفق نحو الأرض. [41] [42]

أشارت إشارة موجة الجاذبية إلى أنها نتجت عن اصطدام نجمين نيوترونيين [23] [24] [26] [43] بكتلة إجمالية تبلغ 2.82 +0.47
−0.09 ضعف كتلة الشمس (كتل الشمس). [2] إذا افترضنا وجود دوران منخفض ، بما يتفق مع تلك التي لوحظت في النجوم النيوترونية الثنائية التي ستندمج خلال زمن هابل ، فإن الكتلة الكلية هي 2.74 +0.04
−0.01 م .

كتل النجوم المكونة لديها قدر أكبر من عدم اليقين. الأكبر ( م1 ) لديه فرصة 90٪ ليكون بين 1.36 و 2.26 م و الأصغر ( م2 ) لديه فرصة 90٪ ليكون بين 0.86 و 1.36 م . [44] في ظل افتراض الدوران المنخفض ، تكون النطاقات من 1.36 إلى 1.60 م ل م1 و 1.17 إلى 1.36 م ل م2 .

تُقاس كتلة الغرد ، وهي معلمة يمكن ملاحظتها مباشرة والتي يمكن أن تكون مساوية تقريبًا للمتوسط ​​الهندسي للكتل ، عند 1.188 +0.004
−0.002 م . [44]

يُعتقد أن حدث اندماج النجوم النيوترونية ينتج عنه كيلونوفا ، يتميز بانفجار قصير من أشعة غاما يتبعه "وهج لاحق" ضوئي أطول مدعوم من الاضمحلال الإشعاعي لنواة عملية r الثقيلة. تعتبر كيلونوفا مرشحة لإنتاج نصف العناصر الكيميائية أثقل من الحديد في الكون. [15] يُعتقد أن كتلة الأرض في العناصر الثقيلة قد تشكلت بما مجموعه 16000 ضعف كتلة الأرض ، بما في ذلك ما يقرب من 10 كتل أرضية فقط من عنصري الذهب والبلاتين. [45]

يُعتقد أن نجمًا نيوترونيًا شديد الكتلة قد تشكل في البداية ، كما يتضح من الكمية الكبيرة من المقذوفات (الكثير منها كان سيبتلعها ثقب أسود يتشكل فورًا). ال قلة من الأدلة على الانبعاثات التي يتم تشغيلها بواسطة دوران نجم نيوتروني ، والذي قد يحدث للنجوم النيوترونية التي تعيش لفترة أطول ، تشير إلى أنها انهارت في ثقب أسود في غضون أجزاء من الثانية. [46]

عمليات البحث اللاحقة فعلت العثور على دليل على الدوران لأسفل في إشارة الجاذبية ، مما يشير إلى وجود نجم نيوتروني أطول عمراً. [47]

كان الاهتمام العلمي بالحدث هائلاً ، حيث تم نشر العشرات من الأوراق الأولية (وما يقرب من 100 طبعة أولية [49]) في يوم الإعلان ، بما في ذلك 8 رسائل في علم، [15] 6 بوصة طبيعةو 32 في عدد خاص من رسائل مجلة الفيزياء الفلكية مكرسة لهذا الموضوع. [7] كان الاهتمام والجهد عالميًا: الورقة التي تصف الملاحظات متعددة الرسائل [1] شارك في تأليفها ما يقرب من 4000 عالم فلك (حوالي ثلث المجتمع الفلكي في جميع أنحاء العالم) من أكثر من 900 مؤسسة ، باستخدام أكثر من 70 مرصدًا في جميع القارات السبع وفي الفضاء. [5] [15]

قد لا يكون هذا هو الحدث الأول الذي يتم ملاحظته والذي يرجع إلى اندماج نجم نيوتروني GRB 130603B كان أول كيلونوفا معقول مقترح بناءً على ملاحظات متابعة لانفجارات أشعة جاما قصيرة الصلابة. [50] ومع ذلك ، فهو إلى حد بعيد أفضل المراقبة ، مما يجعل هذا أقوى دليل حتى الآن لتأكيد الفرضية القائلة بأن بعض عمليات اندماج النجوم الثنائية هي سبب انفجارات أشعة جاما القصيرة. [1] [2]

يوفر الحدث أيضًا حدًا للفرق بين سرعة الضوء وسرعة الجاذبية. بافتراض أن الفوتونات الأولى انبعثت بين صفر وعشر ثوانٍ بعد ذروة انبعاث موجة الجاذبية ، فإن الفرق بين سرعات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية ، الخامسغيغاواط - تم، بين to3 × 10 15 و + 7 × 10 16 ضعف سرعة الضوء ، مما يحسن التقدير السابق بحوالي 14 مرتبة من حيث الحجم. [44] [51] [ب] بالإضافة إلى ذلك ، سمحت بالتحقيق في مبدأ التكافؤ (من خلال قياس تأخير شابيرو) وثبات لورنتز. [2] يتم تقليل حدود الانتهاكات المحتملة لثبات لورنتز (قيم "معاملات قطاع الجاذبية") بواسطة الملاحظات الجديدة ، بما يصل إلى عشرة مراتب من حيث الحجم. [44] استبعد GW 170817 أيضًا بعض البدائل للنسبية العامة ، [52] بما في ذلك متغيرات نظرية التنسور القياسي ، [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] Hořava– جاذبية ليفشيتز ، [61] [62] [63] محاكيات المادة المظلمة [64] والجاذبية ثنائية النظام. [65]

يمكن استخدام إشارات موجات الجاذبية مثل GW 170817 كصفارة إنذار قياسية لتوفير قياس مستقل لثابت هابل. [66] [67] التقدير الأولي للثابت المشتق من الملاحظة هو 70.0 +12.0
−8.0 (km / s) / Mpc ، بما يتفق على نطاق واسع مع أفضل التقديرات الحالية. [66] قامت دراسات أخرى بتحسين القياس إلى 70.3 +5.3
−5.0 (كم / ث) / مليون قطعة. [68] [69] [70] جنبًا إلى جنب مع مراقبة الأحداث المستقبلية من هذا النوع ، من المتوقع أن يصل عدم اليقين إلى 2٪ في غضون خمس سنوات وواحد في المائة في غضون عشر سنوات. [71] [72]

ساعدت الملاحظات الكهرومغناطيسية في دعم النظرية القائلة بأن عمليات اندماج النجوم النيوترونية تساهم في عملية التخليق النووي لعملية التقاط النيوترونات السريعة للنيوترونات [33] وهي مصادر مهمة لعناصر عملية r أثقل من الحديد ، [1] بما في ذلك الذهب والبلاتين ، والذي كان يُنسب سابقًا حصريًا لانفجارات السوبرنوفا. [45]

في أكتوبر 2017 ، قدم ستيفن هوكينج ، في مقابلته الإذاعية الأخيرة ، الأهمية العلمية الشاملة لـ GW 170817. [73]

في سبتمبر 2018 ، أبلغ علماء الفلك عن دراسات ذات صلة حول عمليات اندماج محتملة للنجوم النيوترونية (NS) والأقزام البيضاء (WD): بما في ذلك اندماج NS-NS و NS-WD و WD-WD. [74]

تم الحصول على أول تعريف لعناصر عملية r في اندماج نجم نيوتروني أثناء إعادة تحليل أطياف GW170817. [75] قدمت الأطياف دليلًا مباشرًا على إنتاج السترونشيوم أثناء اندماج نجم نيوتروني. قدم هذا أيضًا دليلًا مباشرًا على أن النجوم النيوترونية مصنوعة من مادة غنية بالنيوترونات.


يكشف اكتشاف الموجات الثقالية عن تحطم مذهل للنجوم النيوترونية ، ثانيًا معروف

هونولولو - للمرة الثانية على الإطلاق ، رصد مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) بقايا نجمية فائقة الكثافة تُعرف باسم النجوم النيوترونية تتصادم معًا بعنف. ال موجة الجاذبية يبدو أن الحدث قد تم إنشاؤه بواسطة كيانات ضخمة بشكل خاص تتحدى نماذج علماء الفلك للنجوم النيوترونية.

صنع LIGO التاريخ قبل عامين ونصف، عندما اكتشف المرصد أول زوج من النجوم النيوترونية - أجسام بحجم المدينة تُركت وراءها عندما يموت نجم عملاق - تدور حول بعضها البعض ثم تندمج. عندما تدور الأشياء الثقيلة للغاية وتتحطم بهذه الطريقة ، فإنها تخلق تموجات في نسيج الزمكان ، وقد تم تصميم LIGO خصيصًا لالتقاطها.

تمت ملاحظة الحدث الجديد في 25 أبريل 2019 ، خلال الجولة الثالثة للمراقبة لـ LIGO ، والتي لا تزال مستمرة. قرر فريق LIGO أن الكتلة الإجمالية لـ النجم النيوتروني كان الزوج 3.4 مرة من شمس الأرض.

لم تشهد التلسكوبات قط زوجًا من النجوم النيوترونية كتلته مجتمعة أكبر من 2.9 ضعف كتلة الشمس.

قالت كاترينا تشاتزيوانو ، عالمة الفلك بمعهد فلاتيرون في مدينة نيويورك ، خلال مؤتمر صحفي يوم الإثنين (6 يناير) هنا في الاجتماع 235th للجمعية الفلكية الأمريكية المجتمع في هونولولو.

لا يمكن للباحثين استبعاد أن الكيانات المندمجة كانت في الواقع خفيفة الوزن الثقوب السوداء أو ثقب أسود مقترن بنجم نيوتروني ، أضافت. لكن الثقوب السوداء ذات القامة الصغيرة لم تُلاحظ من قبل أيضًا.

قال تشاتزيوانو إن سبب فشل التلسكوبات السابقة في اكتشاف أزواج النجوم النيوترونية ، يظل لغزًا هائلًا. لكن الآن بعد أن علم علماء الفلك بوجود مثل هذه الوحوش ، سيكون الأمر متروكًا للمنظرين لتفسير سبب ظهور هذه الأجسام فقط في أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ، على حد قولها. أ ورقة مع النتائج التي توصل إليها فريقها تم تعيينه لتظهر في The Astrophysical Journal Letters

عندما يستشعر LIGO اكتشافًا محتملاً ، يرسل المرصد تنبيهًا إلى المجتمع الفلكي الأوسع ، ويقوم هؤلاء الباحثون على الفور بتدريب التلسكوبات المتاحة على الفور في السماء التي تحددها المرافق على أمل التقاط وميض كهرومغناطيسي. بعد تحديد LIGO لأول مرة لدمج نجم نيوتروني ، أخبر انفجار من أشعة غاما العلماء أن الاندماج حدث في مجرة ​​قديمة على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض. هذا فتح عصر علم الفلك متعدد الرسائل، حيث يمكن للباحثين الوصول إلى العديد من مصادر المعلومات حول الأحداث السماوية.

لكن يبدو أن هذا الحدث المكتشف حديثًا قد حدث دون مصاحبة انفجار مرئي. حتى الآن ، لم يعثر أي فريق آخر على وميض من الضوء ينفجر في نفس وقت اندماج النجوم النيوترونية.

أحد أسباب ذلك هو أنه من بين أجهزة الكشف عن الموجات الثقالية الثلاثة في العالم ، كان واحدًا فقط - منشأة LIGO في ليفينجستون ، لويزيانا - قادرًا على تحديد الحدث. قال الباحثون إن مرصد هانفورد بواشنطن التابع لليجو كان غير متصل مؤقتًا في ذلك الوقت ، بينما لم يكن كاشف برج العذراء الأوروبي ، الواقع بالقرب من بيزا بإيطاليا ، حساسًا بما يكفي لالتقاط موجات الجاذبية الخافتة.

عادةً ما تستخدم شبكة LIGO-Virgo أجهزة الكشف الثلاثة للتحقق من بعضها البعض للتأكد من أن الحدث حقيقي ولتثليث الحدث في السماء وتحديده بدقة. لذلك ، مع منشأة واحدة فقط ، كان أفضل ما يمكن للعلماء تحديده هو أن الاندماج حدث على بعد أكثر من 500 مليون سنة ضوئية من الأرض في منطقة تغطي ما يقرب من خمس السماء.

ومع ذلك ، فإن المنشآت الثلاثة تعمل لفترة طويلة بما يكفي الآن بحيث يمكن للباحثين التمييز بدقة بين الإشارة المزيفة والإشارة الحقيقية ، حتى مع وجود كاشف واحد فقط. وقال تشاتزيوانو إن الفريق يتفهم مصادر ضوضاءه جيدًا لدرجة أنه "واثق من أن هذه إشارة حقيقية من أصل فيزيائي فلكي".

عندما اندمجت النجوم النيوترونية ، انهارت في ثقب أسود ، ولذلك اقترح تشاتزيوانو أن الثقب الأسود العملاق قد نشأ بسرعة كبيرة بحيث امتص أي ومضات صادرة من الضوء ، مما قد يفسر عدم وجود عنصر مرئي. وقالت إن الاحتمال الآخر هو أن أي نفاثة للطاقة كانت موجهة ببساطة بعيدًا عن الأرض عندما انطلقت من النظام.

سيستمر علماء الفلك في دراسة الحدث ، بالإضافة إلى حدوث موجات الجاذبية اللاحقة. في غضون أسابيع قليلة ، من المتوقع أن يتم تشغيل كاشف جديد في اليابان لمساعدة العلماء كشف وتحديد المزيد من موجات الجاذبية.


شاهد الفيديو: (ديسمبر 2022).