قريبًا ، قريبًا جدًا ، الخميس 11 فبراير ، الساعة 10:30 بالتوقيت الشرقي ، من المحتمل أن نتعلم في أي واحد من المؤتمرات الصحفية العديدة - في نادي الصحافة الوطني في واشنطن العاصمة ، في هانوفر ، ألمانيا و قرب بيزا في ايطاليا وحيثما تم قياس موجات الجاذبية بشكل مباشر لأول مرة. قد يعني هذا أول اكتشاف مباشر للتشوهات الدقيقة للزمكان ، التي تنتقل بسرعة الضوء ، والتي افترضها ألبرت أينشتاين منذ حوالي 100 عام بالضبط.
حان الوقت لصقل أساسيات موجات الجاذبية لديك: In موجات الجاذبية وكيف تشوه الفضاء ، ألقينا نظرة على موجات الجاذبيةفعل. في كاشفات موجات الجاذبية: كيف تعمل رأينا كيف يمكنكقياسموجات الجاذبية. الخطوة الثالثة والأخيرة: ما هي مصادر موجات الجاذبية النموذجية؟ كيف يتم إنتاج هذه الموجات؟
كائنات في المدار
أبسط موقف ينتج عنه موجات جاذبية في الكون موجود في كل مكان تقريبًا: جسمان أو أكثر يدوران حول بعضهما البعض تحت جاذبيتهما. تذكرنا الأمواج التي يولدونها بخلاط بطيء جدًا في وسط بركة من الماء:
هذا ليس شيئًا تراه بالطبع. تمثل الموجة المصورة هنا قوة التغيرات الدقيقة في المسافة التي قد تسببها موجة الجاذبية ، تمامًا كما رأينا في موجات الجاذبية وكيف تشوه الفضاء . الرسوم المتحركة مقدمة من Sascha Husa of the جامعة جزر البليار .
دليل غير مباشر
تحمل موجات الجاذبية المنبعثة من الأجسام المدارية الطاقة بعيدًا. تخبرك الفيزياء الأولية أنه إذا قمت بإزالة الطاقة من نظام مدار ، فإن المسافة بين الأجسام المدارية سوف تتقلص ، وسوف يدور كل منهما على الآخر بشكل أسرع من ذي قبل.
في الواقع ، كانت موجات الجاذبية التي تصنع نظامًا ثنائيًا من النجوم النيوترونية تتسارع أول دليل على وجود موجات الجاذبية. تم اكتشاف النجم الثنائي النيوتروني بواسطة هالس وتايلور عام 1974 ، والتسريع الناجم عن موجات الجاذبية التي نشرتها تايلور ووايسبرج عام 1984 ، بعد تحليل دقيق لبيانات مدتها سبع سنوات. حصل Hulse و Taylor على جائزة جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993 لاكتشافهم.
هنا ، في صورة من مقال بقلم ويسبرغ 2010 ، هي المطابقة بين التنبؤ النسبي العام والملاحظة بكل مجدها (أو على الأقل في كل مجدها حتى عام 2005):
مع تسريع النجمين النيوترونيين ، سيصلان إلى نقطة الاقتراب الأقرب داخل مدارهما مبكرًا وقبل ذلك. ما مقدار الوقت الذي تم رسمه مسبقًا ، بالثواني ، على المحور الرأسي ، وسنة القياس على المحور الأفقي.
مسألة تردد
لا تستطيع أجهزة الكشف الأرضية اليوم اكتشاف موجات الجاذبية من جميع أنواع الأجسام في مدار مشترك. يجب أن تكون الأجسام ضخمة ومضغوطة ، وبشكل حاسم ، تدور حول بعضها البعض بسرعة كافية. بالنسبة للأجسام التي تدور حول بعضها البعض أقل من بضع مرات في الثانية (سريع جدًا ، إذا كنت تتحدث عن أجسام فلكية!) ، فإن تردد الموجة الثقالية الناتجة سيكون منخفضًا جدًا بالنسبة لأجهزة الكشف الأرضية للقياس بشكل موثوق. في نظام التردد المنخفض ، أقل من 10-100 هرتز ، تسود الاضطرابات الناجمة عن الحركات المتموجة لسطح الأرض ('الضوضاء الزلزالية') ، وتغمر التأثيرات الدقيقة لموجات الجاذبية.
عندما يتعلق الأمر بموجات الجاذبية من الثقوب السوداء فائقة الكتلة ، أو من الأقزام البيضاء ، فسيتعين علينا انتظار كاشفات موجات الجاذبية الفضائية في المستقبل.
أكثر مصادر موجات الجاذبية الواعدة 'غرد'
عندما يصدر نظام مداري موجات ثقالية ، تتسارع الحركة المدارية. وعندما تتسارع الحركة المدارية ، يصدر النظام المزيد من الطاقة على شكل موجة جاذبية. تنتهي هذه العملية الجامحة فقط عندما تصطدم الأجسام المدارية وتندمج.
تتميز المرحلة النهائية بزيادة سريعة في السرعة المدارية ، والتي تتوافق مع تردد موجات الجاذبية الأعلى ، وكثافة أعلى باستمرار. إليك ما تبدو عليه هذه الإشارة (من الصورة والصوت 'النقيق النجوم النيوترونية' تشغيلاينشتاين اون لاين):
يمكنك أن ترى كيف يزداد التردد والشدة حتى الوقت 0 ، عندما يصطدم النجمان النيوترونيان ويندمجان.
بالنسبة للثقوب السوداء النجمية (التي تتراوح كتلتها بين بضع عشرات من الكتل الشمسية) والنجوم النيوترونية ، في أي مجموعة ، فإن ترددات موجات الجاذبية هذه هي نفسها ترددات الموجات الصوتية المسموعة. يمكن للمرء في الواقع تمثيل هذه التغييرات في التردد كنغمة مسموعة ، كما في هذا المثال لدمج نجمين نيوترونيين (Audio © B. Owen ، جامعة ولاية بنسلفانيا):
هذا هو نفس النوع من التمثيل المسموع لدمج ثقب أسود مع نجم نيوتروني (© AEI / GEO600):
للأسف ، ما يسجله كاشف الموجات الثقالية هو مزيج من هذا الصوت بالإضافة إلى ضوضاء متنوعة ، والتي تبدو هكذا (© AEI / GEO600):
لقد جعل الزملاء في جامعة كارديف هذا لعبة رائعة على الإنترنت: بلاك هول هنتر . توجه إلى هناك وشاهد ما إذا كان يمكنك سماع الإشارة تحت الضوضاء!
(ويمكنك سماع غردات حية من قبل العديد من علماء الفيزياء الفلكية (وغيرهم) تحت علامة التصنيف # تشيرب فورليجو على تويتر.)
هذا النوع من الإشارات ، من اندماج الثقوب السوداء النجمية أو النجوم النيوترونية (في أي مجموعة) هو الإشارة المرشحة الواعدة لكاشفات اليوم - واستناداً إلى الشائعات ، هذا بالفعل ما يبدو أن ليجو قد وجده.
الجزء الأخير من الإشارة مثير للاهتمام لسبب معين: فهو لا يتبع أي صيغ بسيطة ، ولا يمكن تصميمه إلا بمحاكاة حاسوبية معقدة لمثل هذه المواقف المعروفة بالنسبية العددية. إذا حصلت الكواشف على اكتشاف جيد لهذا الجزء الأخير ، فسيكون ذلك اختبارًا جيدًا للمحاكاة العددية الحالية للنسبية العامة!
مصادر موجات الجاذبية الأخرى
الغردات بسيطة نسبيًا ، ومن المحتمل العثور على الإشارات الأولى.
نوع آخر من الإشارات التي يمكن العثور عليها دورية (أو ما يقرب من ذلك) ، ويمكن إنتاجها على سبيل المثال إذا كانت النجوم النيوترونية التي تدور بسرعة أقل من ناعمة تمامًا. لا يوجد مثل هذا الحظ حتى الآن ، مع ذلك.
بعد ذلك ستأتي مصادر الموجات الثقالية التي هي أقل فهمًا إلى حد ما ، مثل العمليات في الداخل لانفجارات المستعر الأعظم. وأخيرًا ، بمجرد اكتشاف العديد من الإشارات ، والتي تُظهر للعلماء أن أجهزة الكشف الخاصة بهم تعمل بالفعل كما ينبغي ، فقد يكون هناك اكتشاف لإشارات غير متوقعة تمامًا. كلما فتح علماء الفلك نافذة جديدة على الكون - نافذة الراديو ، ونافذة الأشعة تحت الحمراء ، ونافذة الأشعة السينية - وجدوا شيئًا جديدًا وغير متوقع. من يستطيع أن يخبرنا ماذا سيعلمنا فتح نافذة أينشتاين ، نافذة موجات الجاذبية ، عن الكون؟
تحديث: اكتشاف موجات الجاذبية
