كيف تستمع إلى صوت الطنين في الخلفية لموجات الجاذبية من كل الثقوب السوداء التي تصطدم ببعضها البعض

الاكتشاف الأول من نوعه لـ موجات الجاذبية (التي وقعت في سبتمبر 2015 ) أحدث ثورة في علم الفلك. لم يؤكد هذا الحدث فقط النظرية التي تنبأ بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين قبل قرن من الزمان ، كانت إيذانا ببدء حقبة جديدة حيث يمكن دراسة اندماجات الثقوب السوداء البعيدة والمستعرات الأعظمية والنجوم النيوترونية من خلال فحص موجاتها الناتجة.

بالإضافة إلى ذلك ، افترض العلماء أن عمليات اندماج الثقوب السوداء يمكن أن تكون في الواقع كثيرة أكثر شيوعًا مما كان يعتقد سابقًا . وفقا ل دراسة جديدة أجراها باحثان من جامعة موناش ، وتحدث هذه الاندماجات مرة كل بضع دقائق. يزعمون أنه من خلال الاستماع إلى ضجيج خلفية الكون ، يمكننا العثور على دليل لآلاف الأحداث التي لم يتم اكتشافها سابقًا.

دراستهم بعنوان ' البحث الأمثل عن خلفية موجة الجاذبية الفيزيائية الفلكية '، ظهر مؤخرًا في المجلةمراجعة البدنية X. أجرى الدراسة روري سميث وإريك ثران ، وهو محاضر كبير وزميل باحث في جامعة موناش ، على التوالي. كلا الباحثين هم أيضًا أعضاء في مركز التميز ARC لاكتشاف الموجات الثقالية (أوزجراف).

د. إريك ثرين وروري سميث. الائتمان: جامعة موناش

كما ذكروا في دراستهم ، كل 2 إلى 10 دقائق ، يندمج زوج من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في مكان ما في الكون. جزء صغير منها كبير بما يكفي بحيث يمكن الكشف عن حدث موجة الجاذبية الناتجة عن طريق أدوات متقدمة مثل مرصد مقياس التداخل الليزري لموجة الجاذبية ومرصد العذراء. ومع ذلك ، فإن الباقي يساهم في نوع من ضوضاء الخلفية العشوائية.

من خلال قياس هذه الضوضاء ، قد يتمكن العلماء من دراسة المزيد عن الأحداث ومعرفة المزيد عن موجات الجاذبية. كما أوضح الدكتور ثران في جامعة موناش بيان صحفي :

سيسمح لنا قياس خلفية الموجة الثقالية بدراسة تجمعات الثقوب السوداء على مسافات شاسعة. يومًا ما ، قد تمكننا هذه التقنية من رؤية موجات الجاذبية من الانفجار العظيم ، مخفية وراء موجات الجاذبية من الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية '.

الدكتور سميث وثران ليسا هواة عندما يتعلق الأمر بدراسة موجات الجاذبية. في العام الماضي ، شارك كلاهما في إنجاز كبير ، حيث بدأ الباحثون تعاون LIGO العلمي (LSC) و تعاون العذراء قياس موجات الجاذبية من زوج من دمج النجوم النيوترونية . كانت هذه هي المرة الأولى التي لوحظ فيها اندماج نجم نيوتروني (المعروف أيضًا باسم كيلونوفا) في كل من موجات الجاذبية والضوء المرئي.

كان الزوجان أيضًا جزءًا من فريق LIGO المتقدم الذي قام بأول اكتشاف لموجات الجاذبية في سبتمبر 2015. حتى الآن ، تم تأكيد ستة أحداث موجات ثقالية مؤكدة من قبل LIGO و Virgo Collaborations. ولكن وفقًا للدكتور ثرين وسميث ، يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 100000 حدث يحدث كل عام لم تكن هذه الكواشف مجهزة للتعامل معها.

انطباع الفنان عن دمج الثقوب السوداء الثنائية. الائتمان: LIGO / A. سيمونيت.

هذه الموجات هي التي تتحد معًا لتكوين خلفية موجية ثقالية ؛ وبينما تكون الأحداث الفردية دقيقة للغاية بحيث يتعذر اكتشافها ، كان الباحثون يحاولون تطوير طريقة للكشف عن الضوضاء العامة لسنوات. بالاعتماد على مجموعة من المحاكاة الحاسوبية لإشارات الثقب الأسود الباهتة وكتل البيانات من الأحداث المعروفة ، قال د. يدعي ثرين وسميث أنهما فعلا ذلك بالضبط.

من هذا ، كان الزوجان قادرين على إنتاج إشارة ضمن بيانات المحاكاة التي يعتقدون أنها دليل على اندماجات باهتة للثقب الأسود. بالنظر إلى المستقبل ، يأمل الدكتوران ثرين وسميث في تطبيق طريقتهما الجديدة على البيانات الحقيقية ، وهما متفائلان بأنها ستحقق نتائج. سيتمكن الباحثون أيضًا من الوصول إلى الكمبيوتر العملاق OzSTAR الجديد ، والذي تم تثبيته الشهر الماضي في جامعة سوينبورن للتكنولوجيا لمساعدة العلماء في البحث عن موجات الجاذبية في بيانات LIGO.

يختلف هذا الكمبيوتر عن تلك المستخدمة من قبل مجتمع LIGO ، والذي يتضمن أجهزة الكمبيوتر العملاقة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. بدلاً من الاعتماد على وحدات المعالجة المركزية (CPU) التقليدية ، يستخدم OzGrav وحدات معالجات رسومية - والتي يمكن أن تكون أسرع بمئات المرات لبعض التطبيقات. وفقًا للبروفيسور ماثيو بايلز ، مدير الكمبيوتر العملاق OzGRav:

'إنه أقوى 125000 مرة من أول كمبيوتر عملاق صنعته في المؤسسة في عام 1998 ... من خلال تسخير قوة وحدات معالجة الرسومات ، فإن OzStar لديه القدرة على تحقيق اكتشافات كبيرة في علم فلك الموجات الثقالية.'

الأمر المثير للإعجاب بشكل خاص في دراسة موجات الجاذبية هو كيف تقدمت بسرعة كبيرة. من الاكتشاف الأولي في عام 2015 ، أكد علماء من Advanced LIGO و Virgo الآن ستة أحداث مختلفة ويتوقعون اكتشاف المزيد. علاوة على ذلك ، يبتكر علماء الفيزياء الفلكية طرقًا لاستخدام موجات الجاذبية لمعرفة المزيد عن الظواهر الفلكية التي تسببها.

كل هذا أصبح ممكنا بفضل التحسينات في الأجهزة والتعاون المتزايد بين المراصد. ومع الأساليب الأكثر تعقيدًا المصممة لغربلة البيانات الأرشيفية للحصول على إشارات إضافية وضوضاء في الخلفية ، فإننا نتطلع إلى معرفة المزيد عن هذه القوة الكونية الغامضة.

قراءة متعمقة: موناش و مراجعة البدنية X