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.

الموجات الثقالية التي يكتشفها مرصد ليغو تنشأ نتيجة لأجسام ضخمة وسريعة الحركة. تعمل هذه الموجات على تمديد نسيج الفضاء أثناء انتقالها. منذ أن بدأ مرصد ليغو عمله في عام 2015، سجل المرصد حوالي 90 حدثًا لموجات الجاذبية، معظمها نشأ من الحركة الحلزونية لأزواج من الثقوب السوداء في عملية اندماجها في ثقب واحد.

مرصد يكتشف تصادمات الثقوب السوداء

يتكون LIGO من جهازين للكشف، أو مقياسين للتداخل، يقعان في واشنطن ولويزيانا. يقوم مقياس التداخل بتقسيم شعاع الليزر إلى شعاعين ويعكسهما ذهابًا وإيابًا بين مرآتين موضوعتين في طرفي أنبوبين مفرّغين طويلين. يبلغ طول كل أنبوب 4 كم، ويتم ترتيبه بشكل عمودي على شكل حرف L. في تقاطع الأنبوبين يوجد جهاز استشعار.

في حالة عدم وجود أي اضطرابات في الفضاء، فإن تذبذبات الأشعة سوف تلغي بعضها البعض. ولكن إذا تم تمديد الفضاء بواسطة الموجات الثقالية، فإن المسافة بين أشعة الليزر في الأنبوبين يجب أن تتحرك، بحيث لا يتداخلان بشكل مثالي، وسوف يكتشف المستشعر هذا "التحول الطوري".

إن كمية التمدد التي تمارسها أحداث الموجات الثقالية على الأنابيب عادة ما تكون جزءًا بسيطًا فقط من عرض البروتون. ولكي يتمكن المستشعر من تسجيل مثل هذه التغييرات الصغيرة، فإنه يتطلب عزل النظام عن الضوضاء القادمة من البيئة ومن الليزر نفسه.

مرصد يكتشف — يتكون مرصد ليجو من مقياسين متطابقين للتداخل في واشنطن ولويزيانا (الولايات المتحدة الأمريكية)، ويتكون كل مقياس تداخل من أنبوبين يبلغ طول كل منهما 4 كم ومرتبين على شكل حرف L. (الصورة: شينخوا/معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا/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 الضوضاء الصادرة عن ضوء الليزر نفسه. يتكون الضوء من جزيئات فردية، لذلك عندما تصل أشعة الليزر إلى المستشعر، يمكن للفوتونات الفردية أن تصل قبل أو بعد ذلك، مما يتسبب في عدم تداخل موجات الليزر وإلغاء بعضها البعض تمامًا حتى في غياب الموجات الثقالية.

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

ولكن بسبب القواعد الغريبة لميكانيكا الكم، فإن تقليل عدم اليقين في وقت وصول الفوتونات يؤدي إلى زيادة التقلبات العشوائية في شدة موجة الليزر. ويؤدي هذا إلى دفع أشعة الليزر ضد المرايا في مقياس التداخل، مما يتسبب في اهتزاز المرايا، مما يسبب نوعًا آخر من الضوضاء التي تقلل من حساسيتها للموجات الثقالية ذات التردد المنخفض.

وقالت نرجس مافالفالا، وهي فيزيائية تجريبية 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".

وتهدف الترقية من عام 2020 إلى الوقت الحاضر إلى معالجة هذه المشكلة. قام العلماء ببناء أنابيب مفرغة إضافية بطول 300 متر، مع مرايا في كلا الطرفين، لتخزين الشعاع الثانوي لمدة 2.5 ميلي ثانية قبل إدخاله في مقياس التداخل. دور هذه الأنابيب هو ضبط طول موجة الليزر المساعد، وتقليل الضوضاء عند الترددات العالية مع تقليل اهتزاز المرآة عند الترددات المنخفضة.

وبفضل هذا التحسين، سيتمكن الباحثون من استخراج معلومات أكثر تفصيلاً حول كيفية توليد الثقوب السوداء للموجات الثقالية، بما في ذلك كيفية دوران كل ثقب أسود حول محوره وكيفية دورانها حول بعضها البعض. وهذا يعني أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين - والتي تتنبأ بوجود كل من الثقوب السوداء والموجات الثقالية - سوف يتم اختبارها بشكل أكثر صرامة من أي وقت مضى.

ويتوقع علماء الفيزياء الفلكية أيضًا أن تكشف الموجات الثقالية عن أنواع أخرى من الإشارات بالإضافة إلى تلك الناتجة عن تصادمات الثقوب السوداء واندماجها، مثل التوقيع الجاذبي لنجم منهار قبل أن يتحول إلى مستعر أعظم. ويأمل العلماء أيضًا في اكتشاف الموجات الثقالية من سطح النجم النابض، وهو نجم نيوتروني دوار يصدر نبضات من الإشعاع.

(المصدر: زينج نيوز)

مفيد
العاطفة
مبدع
فريد

[إعلان 2]
مصدر