يقول العلماء إن قائمة تموجات الزمكان التي “سمعتها” أجهزة كشف موجات الجاذبية هنا على الأرض قد تضاعفت، مع مصادر مكتشفة حديثًا تتراوح بين اندماجات الثقوب السوداء المتذبذبة إلى أثقل تصادم لثقوب سوداء تم اكتشافه حتى الآن.
مرة أخرى في عام 1915، ألبرت أينشتاين تنبأ أنه عندما تصطدم الأجسام الأكثر كثافة وتطرفًا في الكون، فإن هذه الأحداث ستحدد نسيج المكان والزمان (متحدين ككيان رباعي الأبعاد يسمى الزمكان) رنين. ثم، بعد مرور 100 عام، في 14 سبتمبر 2015، تم إنشاء مرصد موجات الجاذبية بالليزر (ليغو) قام بالكشف الأول عن تموجات الزمكان هذه، والتي نشأت نتيجة الاصطدام الثقوب السوداء على بعد أكثر من 1.3 مليار سنة ضوئية.
“يسمح لنا كل اكتشاف جديد لموجات الجاذبية بفك قطعة أخرى من أحجية الكون بطرق لم نتمكن من تحقيقها قبل عقد من الزمن فقط،” لوسي توماس، عضوة LVK من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech)، قال في بيان. “من المثير للغاية التفكير في الألغاز والمفاجآت الفيزيائية الفلكية التي يمكننا اكتشافها من خلال عمليات المراقبة المستقبلية.”
المزيد من التنوع
البيانات التي يتكون منها هذا الكتالوج، والتي يطلق عليها اسم كتالوج موجات الجاذبية العابرة 4.0 (GWTC-4)، تتضمن 128 مصدرًا لموجات الجاذبية بعيدة بشكل لا يصدق. وتم جمعها خلال عملية المراقبة الرابعة لكاشفات موجات الجاذبية، والتي أجريت بين مايو 2023 ويناير 2024.
قبل ذلك، وخلال عمليات الرصد الثلاثة الأولى لمرصد LIGO وVirgo وKAGRA، لم “يسمع” العلماء سوى 90 مصدرًا محتملًا لموجات الجاذبية. ومن المثير للاهتمام أن GWTC-4 كان من الممكن أن يكون أكبر من الناحية الفنية، حيث أن حوالي 170 اكتشافًا آخر لموجات الجاذبية بواسطة LIGO وVirgo وKAGRA لم تجد طريقها بعد إلى الكتالوج.
وقال ستيفن فيرهيرست، المتحدث باسم مرصد ليغو، والأستاذ بجامعة كارديف في المملكة المتحدة، في البيان: “في العقد الماضي، تقدم علم فلك موجات الجاذبية من الاكتشاف الأول إلى مراقبة مئات من عمليات اندماج الثقوب السوداء”. “هذه الملاحظات تمكننا من فهم أفضل لكيفية تشكل الثقوب السوداء من انهيار النجوم الضخمة، واستكشاف التطور الكوني للكون وتقديم تأكيدات صارمة بشكل متزايد لنظرية النسبية العامة.”
أحد جوانب GWTC-4 التي تبرز حقًا هو تنوع الأحداث التي خلقت هذه الإشارات. يوجد ضمن هذا الكتالوج موجات جاذبية ناتجة عن عمليات اندماج بين أثقل ثنائيات الثقب الأسود حتى الآن، ويبلغ حجم كل منها حوالي 130 مرة أكبر من كتلة الثقب الأسود. شمسوالاندماجات غير المتوازنة بين الثقوب السوداء ذات الكتل غير المتطابقة بشكل خطير، والثقوب السوداء التي تدور بسرعات مذهلة تبلغ حوالي 40٪ من سرعة الضوء. في هذه الحالات، يعتقد العلماء أن الخصائص المتطرفة للثقوب السوداء المشاركة في عمليات الاندماج هذه هي نتيجة اصطدامات سابقة، مما يوفر دليلاً على سلاسل الاندماج التي تشرح كيفية نمو بعض الثقوب السوداء إلى كتل بمليارات المرات من كتلة الشمس.
وقال سالفاتوري فيتالي عضو LVK والعالم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في البيان: “لقد زادت مجموعة البيانات هذه من اعتقادنا بأن الثقوب السوداء التي تصادمت في وقت سابق من تاريخ الكون كان من الممكن أن يكون لها دوران أكبر بسهولة أكبر من تلك التي تصادمت لاحقًا”.
يتضمن GWTC-4 أيضًا اندماجين مختلطين جديدين يشتملان على ثقوب سوداء ونجوم نيوترونية.
وقال دانييل ويليامز، عضو LVK، من جامعة جلاسكو في المملكة المتحدة، في البيان: “الرسالة من هذا الكتالوج هي: نحن نتوسع في أجزاء جديدة مما نسميه “الفضاء المعلمي” ومجموعة متنوعة جديدة تمامًا من الثقوب السوداء”. “نحن ندفع الحدود حقًا، ونرى أشياء أكثر ضخامة، وتدور بشكل أسرع، وأكثر إثارة للاهتمام وغير عادية من الناحية الفيزيائية الفلكية.”
يوضح الكتالوج أيضًا مدى حساسية أجهزة كشف LVK. حدثت بعض اندماجات النجوم النيوترونية على بعد يصل إلى مليار سنة ضوئية، بينما حدثت بعض اندماجات الثقوب السوداء على بعد يصل إلى 10 مليارات سنة ضوئية. وقد سمحت هذه الاكتشافات للعلماء باختبار النظرية التي تنبأت لأول مرة بوجود كل من الثقوب السوداء وموجات الجاذبية، وهي نظرية الجاذبية العظيمة التي وضعها أينشتاين. النسبية العامة.
وقال آرون زيمرمان، عضو LVK، من جامعة تكساس في أوستن، في البيان: “الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر التنبؤات شهرة وإثارة للعقل في النسبية العامة. إنها تهز المكان والزمان بشكل أكثر كثافة من أي عملية أخرى يمكننا تخيل مراقبتها”. “عند اختبار نظرياتنا الفيزيائية، من الجيد أن ننظر إلى المواقف الأكثر تطرفًا، حيث أن هذا هو المكان الذي من المرجح أن تنهار فيه نظرياتنا، وحيث لدينا أفضل فرصة للاكتشاف.
“حتى الآن، اجتازت النظرية جميع اختباراتنا. ولكننا نتعلم أيضًا أنه يتعين علينا إجراء تنبؤات أكثر دقة لمواكبة جميع البيانات التي يقدمها لنا الكون.”
ستظهر نتائج LVK قريبًا في طبعة خاصة من مجلة Astrophysical Journal Letters.
التعليقات