صدای خوش امواج گرانشی

Gravitaional Waves
برخورد دو سیاه‌چاله در فاصله‌ی ۱/۳ میلیارد سال نوری امواج گرانشی ایجاد کرده است که دانشمندان روی زمین موفق به آشکارسازی آن شدند. طرح از گروه SXS

 

در روز ۱۴ سپتامبر در ساعت ۱۰:۰۵ صبح به وقت محلی هنگامی‌که مارکو دراگو در حال بررسی نخستین آزمایش‌های رصدی تداخل‌سنج‌ها بود سیگنالی غیرعادی روی کامپیوترش مشاهده می‌کند. نرم‌افزاری که هر دو تداخل‌سنج تازه را زیر نظر داشت موجی ثبت کرده بود که شبیه به «جیک جیک» پرندگان با کوک بالا بود. دراگو پس از یک ساعت خبر را به گوش رئیس خود می‌رساند. بروس الن، سرپرست بخش زبان‌اش بند آمده بود؛ آن‌قدر همه‌چیز درست و واقعی به‌نظر می‌رسید که نمی‌توانست آن‌چه را می‌بیند باور کند؛ به‌طوری‌که تصور کرد این موج ثبت شده ممکن است از همان موج‌های آزمایشی باشد. اما نه، این گونه نبود. آن‌چه ثبت شده بود یک «موج گرانشی» با منبعی کیهانی بود.

صدای امواچ گرانشی- هنگامی‌که دو سیاه‌چاله به یکدیگر نزدیک شدند امواج گرانشی با دامنه و فرکانس مشخصی تولید کردند؛ وقتی این امواج به فایل صوتی تبدیل شدند ویژگی‌هایی شبیه به صدای پرندگان پیدا کردند. در این فایل، دو گروه صدا می‌شنوید که گروه اول صداهایی هستند که دقیقاً در همان فرکانس امواج گرانشی‌اند و گروه دوم صداهایی هستند که برای بهتر شنیده شدن در فرکانس‌های بالا پخش می‌شوند

دیروز، ۲۲ بهمن، پس از مد‌ت‌ها گمانه‌زنی و انتظار سرانجام اعضای پژوهش «لایگو، LIGO» خبر کشف امواج گرانشی را تأیید کردند. دیوید رایتز، مدیر اجرایی پروژه در کنفرانس خبری گفت: «خانم‌ها و آقایان، ما امواج گرانشی را کشف کردیم».

منشاء امواج گرانشی دریافتی روی زمین دو سیاه‌چاله ای بودند که به دور یکدیگر می‌چرخیدند. این سیاه‌چاله‌ها که جرم یکی ۳۶ برابر خورشید و دیگری ۲۹ برابرخورشید، سرانجام با یکدیگر برخورد کردند و سیاه‌چاله‌ای به جرم ۶۲ برابر جرم خورشید پدید آوردند. در این میان ۳ جرم خورشیدی، انرژی آزاد شد که به‌صورت امواج گرانشی در فضا-زمان منتشر شد. این نخستین باری است که دانشمندان موفق شدند که برخورد دو سیاه‌چاله را به‌طور مستقیم رصد کنند.

gravitywaves
طرحی که نشان می‌دهد دو سیاه‌چاله که به‌دور یکدیگر می‌گردند امواج کرانشی تولید می‌کنند که سبب تراکم و کشش فضا-زمان می‌شود. طرح از ناسا

۱۰۰ سال پیش، اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام خود امواج گرانشی را پیش‌بینی کرده بود. بر اساس این نظریه، هر رخداد کیهانی با نیروی کافی که در شبکه‌ی یکپارچه‌ی فضا-زمان آشوب ایجاد کند، امواج گرانشی تولید می‌کند که در عالم منتشر خواهد شد. زمین نیز در معرض چنین امواجی قرار دارد اما این امواج هنگامی‌که به زمین می‌رسند انرژی بسیار کمی دارند و آشوبی که ایجاد می‌کنند بسیار ناچیز است؛ بنابراین آشکار کردن آ‌ن‌ها کار بسیار دشواری است.

در سال ۱۹۷۴/۱۳۵۳ جوزف تایلر و راسل هالس، فیزیک‌دانان دانشگاه ماساچوست به‌طورغیرمستفیم وجود امواج گرانشی را تأیید کردند. اعضای تیم در حال مطالعه‌ی دو ستاره‌ی نوترونی بودند که حول گرانیگاه مشترک به دور یکدیگر می‌چرخیدند. آن‌ها دریافتند که به تدریج مدار ستاره‌ها در حال کوچک شدن است و این تنها در حالتی اتفاق می‌افتد که با تولید امواج گرانشی، از این منظومه‌، انرژی تخلیه شود که مهر تأییدی بر نظریه‌ی اینشتین بود. این کشف در سال ۱۳۷۲/۱۹۹۳ جایزه‌ی نوبل فیزیک را برای آن دو فیزیک‌دان به ارمغان آورد. اما برای کشف مستقیم این موج‌ها راه طولانی‌تری باید طی می‌شد. البته حدود دو سال پیش گروهی از دانشمندان پروژه ی BICEP2 در قطب جنوب بر اساس منحنی نوری که از تابش زمینه‌ی کیهانی به دست آورده بودند ادعا کردند که امواج گرانشی را کشف کرده‌اند؛ اما آن نتیجه اندکی بعد به علّت خطای تحلیل رد شد.

پروژه‌ی لایگو، حدود ۱۰ سال به دنبال چنین سیگنالی می‌گشت. اما موفق به کشف آن‌ها نمی‌شد تا زمانی‌که بودجه‌ای ۲۰۰ میلیون دلاری برای ارتقاء تداخل‌سنج‌ها دریافت کرد. ارتقاء حساسیت تداخل‌سنج‌ها تأثیر بسزایی روی روند پژوهش گذاشت؛ به‌طوری که این امواج زمانی کشف شدند که هنوز آغاز به کار دوباره‌ی تداخل‌سنج‌ها به‌طور رسمی اعلام نشده بود. لایگو در حال حاضر از دو تداخل‌سنج بهره می‌گیرد که یکی از آن‌ها در واشنگتن و  دیگری در لوئیزیانا آمریکا است. هر تداخل سنج از دو تونل به طول ۴ کیلومتر تشکیل شده است که در انتهای هر یک آینه‌ای قرار دارد.

Structure
ساختار تداخل‌سنج‌های فوق حساس لایگو – طرح از نیچر

در فصل مشترک این دو تونل یک جداکننده قرار دارد که لیزر عبوری را به سوی این آینه‌ها جدا می‌کند. پرتوی این لیزر با برخورد به این آینه‌ها برمی‌گردد و طرحی موجی را تشکیل می‌دهد که در حالت عادی مجموع آن‌ها صفر است و هیچ «تغییری» نشان نمی‌دهد. هنگامی که این سیستم در معرض امواج گرانشی قرار بگیرد فضا-زمان کشیده و بعد متراکم می‌شود. به این ترتیب یکی از بازوهای این تداخل‌سنج کشیده و دیگری متراکم می‌شود و برعکس. این فرآیند آن‌قدر اتفاق می‌افتد تا زمانی‌که امواج گرانشی خارج می‌شوند. این تغییر در بازوها بسیار ناچیز است. اما با حساسیت عالی لایگو این تغییرات ثبت می‌شوند و مجموع موج‌های برگشتی از آینه‌ها این بار تغییر را در طرح ابتدایی نشان می‌دهد که در آشکارساز ثبت می‌شود.

Waves
هنگامی‌که امواج گرانشی با سیستم برخورد می‌کند موج‌ها روی یکدیگر نمی‌افتند ویکدیگر را خنثی نمی‌کنند؛ بنابراین سیگنالی روی آشکارساز ثبت می‌شود. تغییری که روی موج‌ها ایجاد می‌شود بسیار ناچیز است. طرح از نیچر

در مواردی مقامات ارشد پروژه‌ی لایگو برای سنجش توانایی اعضای گروه در تشخیص امواج مصنوعی از امواج اصلی، گروهی از امواج مصنوعی را به سیستم تزریق کرده بودند. اما آن‌چه که در ۱۴ سپتامبر کشف شد پیش از این مجموعه‌ی آزمایش‌ها بود. بنابراین این امواج قطعاً از منبعی واقعی در کیهان سرچشمه گرفته بودند. الن واینستاین سرپرست لایگو در دانشگاه کلتک می‌گوید: «امواج گرانشی همین الان هم از میان می‌گذارند. من سر بازوی چپ‌ام با شما شرط می‌بندم و بدانید که من چپ دستم».

به احتمال فراوان این کشف بزرگ جایزه‌ی نوبل فیزیک بعدی را برای اعضای پژوهش به ارمغان خواهد آورد.

12GRAVITY9-articleLarge
بازیگران اصلی پروژه‌ی لایگو (از چپ به راست): کیپ تورن از دانشگاه کلتک، فرانس کوردووا از سازمان ملی علم، رینر وایس از دانشگاه ام آی تی، دیوید رایتز از دانشگاه کلتک و گابریلا گونزالز از دانشگاه ایالتی لوئیزیانا

پرسشی که ممکن است ذهن بسیاری را به خود مشغول کند این است که کشف این امواج چه اهمیتی دارد؟ تصور کنید که شما در طول زندگی‌تان نمی‌توانستید بشنوید و حالا به یکباره قدرت شنوایی خود را به دست آورده‌اید. چه رخ می‌دهد؟ دنیای اطراف خود را به گونه‌ای متفاوت از پیش تجربه خواهید کرد. کشف این امواج هم دریچه‌ی تازه برای مطالعه کیهان به روی دانشمندان گشوده است. هیجان کشف این امواج شبیه به هیجان نخستین رصدهای فروسرخ و پرتوی ایکس عالم است. عالمی که تا پیش از این فقط در نور مرئی رصد می‌شد اکنون در طول موج‌های دیگری صورت‌های دیگری از خود را نشان می‌دهد؛ از زایشگاه‌های داغ ستاره‌ای در فروسرخ گرفته تا قبرستان‌های سرد ستاره‌ای در پرتوی ایکس. اگر این رصدها در این طول موج‌ها انجام نمی‌شدند ما هرگز نمی‌توانستیم به این وقایع پی ببریم. از آن‌جا که منشاء امواج گرانشی دریافتی، رخدادهای سهمگین کیهانی از جمله مهبانگ است مطالعه‌ی آن‌ها می‌تواند اطلاعات تازه‌ای را از عالم رازآلود در اختیار دانشمندان قرار دهد. این امواج خبر از رخدادهایی می‌دهند که امواج دیگر از آن عاجزند. جوزف تایلر، اخترفیزیک‌دان دانشگاه پرینستون به نشنال جئوگرافی می‌گوید: « این روش بسیاری خوبی برای مطالعه‌ی اجرام و رویدادهای دور عالم است؛ رویدادهایی که نمی‌توان به‌خوبی آن‌ها را در تابش‌های الکترومغناطیسی مطالعه کرد».

درباره نویسنده

174مطلب نوشته است .

mziyazi@gmail.com

  • افضل

    وایییییی ……. چقدر عالی ! خود سیاه چاله ها پر از ابهام و شگفتی هستند حالا بیشتر از یک میلیارد سال نوری دورتر از ما یعنی جایی که یک میلیارد سال طول می کشد تا نور هم برسد!!!! چنین حادثه عظیمی رخ می دهد. یک سوال: این حادثه درست در همان زمان بوده است؟ یعنی این برخورد یک میلیارد سال و سیصد میلیون سال پیش که رخ نداده یا داده؟! می شه جواب بدین آقای نجفی؟

    • مهدی نجفی زیازی

      بله در واقع این امواج گرانشی برای رسیدن به زمین حدود ۱/۳ میلیارد سال در راه بودند.

تمام حقوق این سایت برای © 2017 كانوت. محفوظ است.
Powered by Persian Wordpress