دمج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. شوهدت كل أحداث الموجات الثقالية حتى الآن في صورة واحدة
تنبأت نظرية النسبية بوجود ثقوب سوداء ونجوم نيوترونية. حصل أينشتاين على الفضل في هذه النظرية بسبب ورقته البحثية التي نُشرت في عام 1915 ، على الرغم من أن عمل العلماء الآخرين ساعد في ذلك. ولكن بغض النظر عن العقول التي تقف وراءها ، فإن النظرية تنبأت بالثقوب السوداء والنجوم النيوترونية وموجات الجاذبية من اندماجاتهم.
استغرق الأمر حوالي مائة عام ، لكن العلماء لاحظوا أخيرًا هذه الاندماجات وموجات الجاذبية في عام 2015. منذ ذلك الحين ، ليغو / برج العذراء اكتشف التعاون العديد منها. أصدر التعاون كتالوجًا جديدًا للاكتشافات ، جنبًا إلى جنب مع رسم معلوماتي جديد. يعرض مخطط المعلومات الرسومي الجديد الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية وعمليات الاندماج والأجسام المدمجة الأخرى غير المؤكدة خلف بعضها.
يرمز LIGO إلى مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية. LIGO عبارة عن منشأتين في الولايات المتحدة ، تم بناؤها وتشغيلها من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. شريك LIGO التعاوني هو Virgo ، مقياس تداخل يقع في إيطاليا. عندما كانوا يراقبون بين عامي 2002 و 2010 ، لم يكتشفوا أي موجات ثقالية ولا اندماجات. في النهاية ، تمت ترقية المرافق ، وفي عام 2015 اكتشفوا أول اندماج لهم.
تم استدعاء هذا الحدث GW150914 ونتج عن اندماج بين ثقب أسود كتلته 36 نجمية وثقب أسود كتلته 29 نجمًا. وكان ذلك صفقة كبيرة. حصل ثلاثة علماء كانوا وراء الملاحظة الأولى على جائزة نوبل ، ووعدت الملاحظة بفتح نافذة جديدة كاملة في علم الفلك وعلم الكونيات. الآن ، يكتشف تعاون LIGO / Virgo اندماجًا وموجات جاذبية مرة واحدة كل خمسة أيام تقريبًا.
يصاحب الرسم البياني الكتالوج الجديد لموجات الجاذبية والاندماجات الذي نشره LIGO / Virgo. يُطلق على الكتالوج اسم GWTC-2 ، أو كتالوج Gravitational-Wave Transient Catalog-2. بينما يحتوي الكتالوج السابق على 11 إشارة فقط ، يحتوي هذا الكتالوج الجديد على 50 إشارة.
'لقد حصلنا على صورة أكثر ثراءً لمجموعات مصادر موجات الجاذبية.'
فرانك أوم ، قائد مجموعة ماكس بلانك للأبحاث المستقلة في AEI ، هانوفر
تأتي الإشارات من جميع مجموعات الاندماج بين الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.
عمليات اندماج الأجسام المدمجة التي تم اكتشافها حتى الآن بواسطة LIGO و Virgo (في O1 و O2 و O3a). يُظهر الرسم البياني الثقوب السوداء (الزرقاء) والنجوم النيوترونية (البرتقالية) والأجسام المضغوطة ذات الطبيعة غير المعروفة (الرمادية) ، والتي تم اكتشافها من خلال انبعاث موجات الجاذبية. يتوافق كل اندماج في النظام الثنائي مع ثلاثة كائنات مضغوطة موضحة: الكائنان المندمجان ونتيجة الدمج. تم عرض مجموعة مختارة من الثقوب السوداء (البنفسجي) والنجوم النيوترونية (الصفراء) المكتشفة بواسطة الملاحظات الكهرومغناطيسية للمقارنة. حقوق الصورة: LIGO Virgo Collaboration / Frank Elavsky ، Aaron Geller / Northwestern
يحتوي الكتالوج الجديد على بعض المفاجآت. كان زوج من الاكتشافات من عمليات اندماج الأجسام منخفضة الكتلة.
'أحد اكتشافاتنا الجديدة ، GW190426_152155 ، يمكن أن يكون اندماج ثقب أسود من حوالي ست كتل شمسية مع نجم نيوتروني. يشرح سيرجي أوسوكيني ، كبير العلماء في AEI Potsdam ، للأسف أن الإشارة باهتة نوعًا ما ، لذا لا يمكننا أن نكون متأكدين تمامًا. 'GW190924_021846 هو بالتأكيد من اندماج اثنين من الثقوب السوداء الأخف وزنا التي رأيناها حتى الآن. أحدهما كتلته 6 شموس والآخر كتلته 9 شموس. هناك إشارات من اندماجات مع أجسام أقل كتلة مثل GW190814 لكننا لا نعرف على وجه اليقين ما إذا كانت هذه ثقوبًا سوداء '.
الاكتشافات الجديدة في الكتالوج ناتجة عن تحسينات في تعاون LIGO / Virgo. تم تحسين معالجة البيانات الخام ، وكذلك كيفية التعامل مع مواطن الخلل أو الاضطرابات. ورد في بيان صحفي أن هذه التحسينات ستسمح لـ LIGO / Virgo 'بالاستماع إلى أعماق الكون أكثر من أي وقت مضى.'
يقول كارستن دانزمان ، مدير معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية (ألبرت معهد أينشتاين ؛ AEI) ومدير معهد فيزياء الجاذبية في جامعة لايبنيز ، هانوفر. لعبت أدوارًا مهمة ، على سبيل المثال ، بواسطة الليزر عالي الطاقة الذي تم تطويره في AEI Hannover ، والمرايا الجديدة ، وتقليل مصادر الضوضاء في الخلفية. أدى هذا إلى زيادة الحجم الذي يمكن أن تلتقط فيه أجهزة الكشف الخاصة بنا الإشارة ، على سبيل المثال ، من دمج النجوم النيوترونية بمعامل أربعة! '
يتكون مرصد موجات الجاذبية بالليزر من كاشفين ، هذا في ليفينجستون ، لوس أنجلوس ، والآخر بالقرب من هانفورد ، واشنطن. تستخدم الكواشف أذرع عملاقة على شكل حرف 'L' لقياس التموجات الصغيرة في نسيج الكون. الائتمان: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / LIGO Lab
على سطحه ، يمكن أن يبدو كل من هذه الأحداث متشابهة. كلها نتيجة اندماج الثقوب السوداء و / أو النجوم النيوترونية. ولكن وفقًا لفرانك أوم ، رئيس مجموعة أبحاث ماكس بلانك المستقلة في AEI هانوفر ، فإن الملاحظات تكشف المزيد والمزيد من التفاصيل.
'عندما تنظر إلى الكتالوج ، هناك شيء واحد تشترك فيه جميع الأحداث: إنها تأتي من اندماج أجسام مضغوطة مثل الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية. قال أوم ، إذا نظرت عن كثب ، فجميعهم مختلفون تمامًا. 'لقد حصلنا على صورة أكثر ثراءً لمجموعات مصادر موجات الجاذبية. تمتد كتل هذه الأجسام على نطاق واسع جدًا من كتلة شمسنا إلى أكثر من 90 ضعفًا ، بعضها أقرب إلى الأرض ، وبعضها بعيد جدًا '.
نشر الباحثون في LIGO / Virgo أيضًا أربع أوراق بحثية حول نتائجهم. الثلاثة يصلون في arxiv.org ، وهو خادم ما قبل الطباعة ، ولم تتم مراجعة أي منها حتى الآن.
أحد المعالم البارزة في الكتالوج هو GW190521 ، وهو أضخم ثقب أسود ثنائي يندمج بكتلة إجمالية قدرها 150 شمس وأول ملاحظة لميلاد ثقب أسود متوسط الكتلة. آخر هو GW190425 ، وهو على الأرجح الملاحظة الثانية للاندماج الثنائي للنجم النيوتروني.
تخيل اندماج ثقبين أسودين يلهمان ويدمجان وينبعثان من موجات الجاذبية. يبلغ حجم أحد الثقوب السوداء 9.2 مرة كتلة الآخر ، وكلا الجسمين لا يدوران. حقوق الصورة: N.
مع مرور الوقت ، أنتجت التكنولوجيا طرقًا لاختبار الدقة التنبؤية لنظريات أينشتاين. تتناول إحدى الأوراق الجديدة مدى توافق اكتشافات LIGO / العذراء مع النسبية العامة. إنه بعنوان ' اختبارات النسبية العامة مع الإشارات الثنائية المدمجة من كتالوج LIGO-Virgo GWTC-2 . ' صمدت نظرية أينشتاين جيدًا - مرة أخرى - ووفقًا لبيان صحفي ، لم تجد الدراسة 'أي دليل على فيزياء جديدة بخلاف هذه النظرية'.
تستخدم ورقة أخرى عمليات الاندماج وموجات الجاذبية للتوصل إلى قياس جديد لثابت هابل. عنوانها ' قياس موجة الجاذبية لثابت هابل بعد تشغيل المراقبة الثاني لـ LIGO المتقدم و Virgo . ' بدلاً من استخدام الشموع القياسية ، تستخدم الورقة 'صفارات الإنذار القياسية'. تشير صفارات الإنذار القياسية إلى كيفية تشفير المسافة إلى حدث الاندماج في موجات الجاذبية الناتجة عن الحدث.
يغطي هذا الكتالوج الجديد النصف الأول من جولة المراقبة الثالثة (O3) ، والتي امتدت من 1 نوفمبر 2019 إلى 27 مارس 2020. أصدر باحثو LIGO / Virgo تنبيهات لـ 23 حدثًا آخر في O3b ، النصف الثاني من جولة المراقبة الثالثة. لكنها مجرد موجات جاذبية محتملة ولم يتم تأكيدها بعد. بعد تحليل أكثر تفصيلاً ، قد يتم نشر بعضها.