في فبراير من عام 2016 ، صنع العلماء العاملون في مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) التاريخ عندما أعلنوا عن أول اكتشاف على الإطلاق لموجات الجاذبية. منذ ذلك الوقت ، تقدمت دراسة موجات الجاذبية بشكل كبير وفتحت إمكانيات جديدة في دراسة الكون والقوانين التي تحكمه.
على سبيل المثال ، أظهر فريق من جامعة فرانكورت أم ماين مؤخرًا كيف يمكن استخدام الموجات التثاقلية لتحديد مدى قدرة النجوم النيوترونية على الالتقاط قبل الانهيار إلى ثقوب سوداء. ظل هذا لغزًا منذ اكتشاف النجوم النيوترونية لأول مرة في الستينيات. ومع تحديد الحد الأقصى للكتلة الآن ، سيتمكن العلماء من تطوير فهم أفضل لكيفية تصرف المادة في ظل الظروف القاسية.
ظهرت الدراسة التي تصف نتائجها في الآونة الأخيرة في المجلة العلمية رسائل مجلة الفيزياء الفلكية تحت عنوان "استخدام ملاحظات موجات الجاذبية والعلاقات شبه العالمية لتقييد الكتلة القصوى للنجوم النيوترونية". وقاد الدراسة لوسيانو ريزولا ، رئيس الفيزياء الفلكية النظرية ومدير معهد الفيزياء النظرية في جامعة فرانكفورت ، بمساعدة من طلابه ، إلياس موست ولوكاس وي.
من أجل دراستهم ، نظر الفريق في الملاحظات الأخيرة التي تم إجراؤها على حدث موجة الجاذبية المعروفة باسم GW170817. كان هذا الحدث ، الذي وقع في 17 أغسطس 2017 ، الموجة التثاقلية السادسة التي اكتشفها مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) ومرصد العذراء. على عكس الأحداث السابقة ، كان هذا الحدث فريدًا من حيث أنه ظهر بسبب اصطدام وانفجار نجمين نيوترونيين.
وبينما وقعت أحداث أخرى على مسافات تبلغ حوالي مليار سنة ضوئية ، فإن GW170817 حدثت على بعد 130 مليون سنة ضوئية فقط من الأرض ، مما سمح بالكشف والبحث السريع. بالإضافة إلى ذلك ، استنادًا إلى النمذجة التي أجريت بعد أشهر من الحدث (وباستخدام البيانات التي حصل عليها مرصد تشاندرا للأشعة السينية) ، بدا أن التصادم ترك وراءه ثقبًا أسود كبقايا.
كما تبنى الفريق أيضًا نهج "العلاقات العالمية" في دراستهم ، والذي طوره الباحثون في جامعة فرانكفورت قبل بضع سنوات. يشير هذا النهج إلى أن جميع النجوم النيوترونية لها خصائص متشابهة يمكن التعبير عنها من حيث الكميات بلا أبعاد. بالاقتران مع بيانات GW ، استنتجوا أن الكتلة القصوى للنجوم النيوترونية غير الدوارة لا يمكن أن تتجاوز 2.16 كتلة شمسية.
كما أوضح البروفيسور ريزولا في بيان صحفي لجامعة فرانكفورت:
"إن جمال البحث النظري هو أنه يمكن أن يجعل التنبؤات. ومع ذلك ، فإن النظرية بحاجة ماسة إلى تجارب لتضييق نطاق بعض أوجه عدم اليقين فيها. لذا ، من المثير للإعجاب تمامًا أن ملاحظة اندماج ثنائي نيوتروني ثنائي حدث على بعد ملايين السنين الضوئية جنبًا إلى جنب مع العلاقات العالمية المكتشفة من خلال عملنا النظري سمحت لنا بحل اللغز الذي شهد الكثير من التكهنات في الماضي ".
هذه الدراسة هي مثال جيد على كيفية تزامن البحث النظري والتجريبي لإنتاج نماذج أفضل لتنبؤات الإعلانات. بعد أيام قليلة من نشر دراستهم ، أكدت مجموعات البحث من الولايات المتحدة واليابان بشكل مستقل النتائج. بنفس القدر من الأهمية ، أكدت فرق البحث هذه نتائج الدراسات باستخدام مناهج وتقنيات مختلفة.
في المستقبل ، من المتوقع أن يلاحظ علم الفلك بموجات الجاذبية المزيد من الأحداث. ومع وجود طرق محسنة ونماذج أكثر دقة تحت تصرفهم ، من المرجح أن يتعلم الفلكيون المزيد عن القوى الأكثر غموضاً وقوة في عالمنا.
