مرصد يكتشف انهيار الثقوب السوداء

[إعلان 1]

ويسمح هذا التحديث للمرصد باكتشاف إشارات من الاصطدامات بين الثقوب السوداء كل يومين إلى ثلاثة أيام، مقارنة بمرة واحدة في الأسبوع أو أكثر كما كان من قبل.

تنشأ الموجات الثقالية التي يرصدها مرصد ليغو من أجسام ضخمة سريعة الحركة تُمدّد نسيج الفضاء أثناء حركتها. منذ بدء تشغيل مرصد ليغو عام ٢٠١٥، سجّل المرصد حوالي ٩٠ حدثًا لموجات ثقالية، معظمها ناتج عن الحركة الحلزونية لأزواج من الثقوب السوداء أثناء اندماجها في ثقب واحد.

مرصد يكتشف تصادمات الثقوب السوداء

يتكون مرصد ليغو من كاشفين، أو مقياسي تداخل، يقعان في واشنطن ولويزيانا. يقسم مقياس التداخل شعاع الليزر إلى شعاعين ويعكسه ذهابًا وإيابًا بين مرآتين موضوعتين في طرفي أنبوبين مفرّغين طويلين. يبلغ طول كل أنبوب 4 كيلومترات، ومرتب بشكل عمودي على شكل حرف L. ويوجد عند تقاطع الأنبوبين مستشعر.

في غياب أي اضطرابات في الفضاء، ستُلغي تذبذبات الحزم بعضها بعضًا. ولكن إذا تمدد الفضاء بفعل موجات الجاذبية، فلا بد أن تتغير المسافة بين شعاعي الليزر في الأنبوبين، حتى لا يتداخلا تمامًا، وسيرصد المستشعر هذا "الانزياح الطوري".

عادةً ما يكون مقدار التمدد الذي تُحدثه أحداث الموجات الثقالية على الأنابيب جزءًا صغيرًا فقط من عرض البروتون. ولكي يتمكن المستشعر من تسجيل هذه التغيرات الصغيرة، يتطلب الأمر عزل النظام عن الضوضاء الصادرة من البيئة وعن أشعة الليزر نفسها.

مرصد يكتشف — يتكون مرصد ليغو من مقياسي تداخل متطابقين في واشنطن ولويزيانا (الولايات المتحدة الأمريكية). يتكون كل مقياس تداخل من أنبوبين بطول 4 كيلومترات، مُرتبين على شكل حرف L. (الصورة: شينخوا/كالتك/إم آي تي/مختبر ليغو)

خلال عملية الترقية قبل إطلاق المرصد في عام 2019-2020، نجح العلماء في تقليل الضوضاء باستخدام تقنية تسمى "الضغط الضوئي".

تهدف هذه التقنية إلى تقليل ضوضاء ضوء الليزر نفسه. يتكون الضوء من جسيمات فردية، لذا عندما تصل أشعة الليزر إلى المستشعر، يمكن أن تصل الفوتونات الفردية قبلها أو بعدها، مما يمنع تداخل موجات الليزر ويؤدي إلى إلغائها تمامًا حتى في غياب موجات الجاذبية.

ويوضح لي ماكولر، وهو فيزيائي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، أن تقنية "ضغط الضوء" تعمل على إدخال شعاع ليزر مساعد في مقياس التداخل، مع فوتونات أكثر انتظامًا وأقل ضوضاء، لتقليل هذا التأثير.

لا يوجد قياس مثالي

لكن نظرًا لقواعد ميكانيكا الكم الغريبة، فإن تقليل عدم اليقين في زمن وصول الفوتونات يزيد من التقلبات العشوائية في شدة موجات الليزر. هذا يدفع الليزر إلى دفع مرايا مقياس التداخل، مما يتسبب في اهتزازها، مما يُحدث نوعًا آخر من الضوضاء يُقلل من حساسيتها لموجات الجاذبية منخفضة التردد.

وقالت نرجس مافالفالا، عالمة الفيزياء التجريبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "هذه ظاهرة طبيعية جميلة، تُظهر أننا لا نستطيع إجراء قياس دقيق تمامًا، عندما يأتي الضبط الدقيق في نقطة ما على حساب نقطة أخرى".

يهدف التحديث من عام ٢٠٢٠ إلى الآن إلى معالجة هذه المشكلة. بنى العلماء أنابيب مفرغة إضافية بطول ٣٠٠ متر، مزودة بمرايا في كلا طرفيها، لتخزين الشعاع المساعد لمدة ٢.٥ ميلي ثانية قبل إدخاله في مقياس التداخل. يتمثل دور هذه الأنابيب في ضبط طول موجة الليزر المساعد، مما يقلل الضوضاء عند الترددات العالية مع تقليل اهتزاز المرآة عند الترددات المنخفضة.

بفضل هذا التحسين، سيتمكن الباحثون من استخلاص معلومات أكثر تفصيلاً حول كيفية توليد الثقوب السوداء لموجات الجاذبية، بما في ذلك كيفية دوران كل ثقب أسود حول محوره وكيفية دورانها حول بعضها البعض. هذا يعني أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين - التي تتنبأ بوجود كل من الثقوب السوداء وموجات الجاذبية - ستخضع لاختبارات أكثر دقة من أي وقت مضى.

يتوقع علماء الفيزياء الفلكية أيضًا أن تكشف الموجات الثقالية عن أنواع أخرى من الإشارات إلى جانب تلك الناتجة عن تصادمات الثقوب السوداء واندماجها، مثل البصمة الثقالية لنجم منهار قبل تحوله إلى مستعر أعظم. ويأمل العلماء أيضًا في رصد الموجات الثقالية من سطح النجم النابض، وهو نجم نيوتروني دوار يُصدر نبضات إشعاعية.

(المصدر: زينج نيوز)

مفيد
العاطفة
مبدع
فريد

[إعلان 2]
مصدر