منذ ما يقرب من 100 عام ، كان العلماء يبحثون عن أدلة مباشرة على وجود موجات الجاذبية تموجات خافتة في نسيج الزمكان الذي تنبأ به نظرية ألبرت أينشتاين عن النسبية العامة. اليوم ، أصبح البحث عن موجات الجاذبية جهدًا عالميًا يضم مئات العلماء. تم تطوير عدد من المرافق الأرضية الكبيرة في أوروبا والولايات المتحدة واليابان ، ولكن سيتم إجراء البحث الأكثر تعقيدًا على الإطلاق قريبًا في الفضاء.
يتحدث يوم الثلاثاء 5 أبريل في اجتماع RAS الوطني لعلم الفلك في برمنغهام ، سيصف البروفيسور مايك كروز مشروعًا مشتركًا بين وكالة الفضاء الأوروبية وناسا يسمى LISA (هوائي الفضاء المتداخل بالليزر). من المقرر إطلاقها في عام 2012 ، ستتألف ليزا من ثلاث مركبات فضائية تحلق في تكوين حول الشمس ، مما يجعلها أكبر أداة علمية يتم وضعها في المدار.
وقال البروفيسور كروز إنه من المتوقع أن توفر ليزا أفضل فرصة للنجاح في البحث عن موجات الجاذبية المنخفضة التردد المثيرة. ومع ذلك ، تعد المهمة واحدة من أكثر التحديات التكنولوجية تعقيدًا على الإطلاق. وفقًا لنظرية آينشتاين ، تنتج موجات الجاذبية عن حركة الكتل الكبيرة (مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء) في الكون. يتغير تأثير الجاذبية بين الأجسام البعيدة مع تحرك الجماهير ، بنفس الطريقة التي تخلق بها الشحنات الكهربائية المتحركة الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تكتشفها أجهزة الراديو والتلفزيونات.
في حالة الجسيم الذري الخفيف جدًا مثل الإلكترون ، يمكن أن تكون الحركة سريعة جدًا ، لذلك توليد موجات على نطاق واسع من الترددات ، بما في ذلك التأثيرات التي نسميها الضوء والأشعة السينية. نظرًا لأن الأجسام التي تولد موجات الجاذبية أكبر بكثير وأكثر ضخامة من الإلكترونات ، يتوقع العلماء اكتشاف موجات تردد أقل بكثير بفترات تتراوح بين أجزاء من الثانية إلى عدة ساعات.
الأمواج ضعيفة للغاية بالفعل. تكشف عن نفسها على أنها تمدد وتقلص بالتناوب للمسافة بين كتل الاختبار التي يتم تعليقها بطريقة تسمح لها بالتحرك. إذا كانت كتلتان اختبرتان على بعد متر واحد ، فإن موجات الجاذبية للقوة التي يتم البحث عنها حاليًا ستغير فصلها بمقدار 10e-22 فقط من المتر ، أو عشرة آلاف من المليون من المليون من المليون من المتر.
هذا التغيير في الفصل صغير جدًا بحيث يمنع انزعاج كتل الاختبار بسبب تأثير الجاذبية للأجسام المحلية ، والضوضاء الزلزالية أو الارتعاش للأرض نفسها ، يمثل مشكلة حقيقية تحد من حساسية أجهزة الكشف. نظرًا لأن طول كل متر في المسافة بين كتل الاختبار يؤدي بشكل منفصل إلى التغييرات الطفيفة التي يتم البحث عنها ، فإن زيادة طول الفصل بين الكتل تؤدي إلى تغيير إجمالي أكبر يمكن اكتشافه. ونتيجة لذلك ، تصنع أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية أكبر قدر ممكن.
تغطي الكواشف الأرضية الحالية مسافات تبلغ بضعة كيلومترات ويجب أن تكون قادرة على قياس الفترات الملي ثانية من الأجسام سريعة الدوران مثل النجوم النيوترونية التي خلفتها الانفجارات النجمية ، أو الاصطدامات بين الأجسام في جوار المجرة المحلي. ومع ذلك ، هناك اهتمام قوي ببناء أجهزة الكشف للبحث عن التصادمات بين الثقوب السوداء الضخمة التي تحدث أثناء عمليات دمج المجرات الكاملة. ستولد هذه الأحداث العنيفة إشارات بترددات منخفضة جدًا - منخفضة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها فوق الضوضاء الزلزالية العشوائية للأرض.
الجواب هو الذهاب إلى الفضاء ، بعيدًا عن مثل هذه الاضطرابات. في حالة ليزا ، ستطير المركبة الفضائية الثلاثة في تشكيل ، على بعد 5 ملايين كيلومتر. ستقيس أشعة الليزر التي تسير بينها التغيرات في الفصل التي تسببها موجات الجاذبية بدقة تبلغ حوالي 10 بيكومتر (مائة ألف من المليون من المتر). نظرًا لأنه يجب حماية كتل الاختبار في كل مركبة فضائية من الاضطرابات المختلفة التي تسببها الجسيمات المشحونة في الفضاء ، يجب أن يتم وضعها في غرفة فراغ في المركبة الفضائية. وتتطلب الدقة المطلوبة 1000 مرة أكثر مما تم تحقيقه في الفضاء من قبل ، ولذلك تعد وكالة الفضاء الأوروبية رحلة تجريبية لنظام قياس الليزر في مهمة تسمى LISA Pathfinder ، المقرر إطلاقها في عام 2008.
يقوم علماء من جامعة برمنجهام وجامعة جلاسكو وكلية إمبريال كوليدج لندن حاليًا بإعداد أجهزة LISA Pathfinder بالتعاون مع ESA وزملائهم في ألمانيا وإيطاليا وهولندا وفرنسا وإسبانيا وسويسرا. وقال كروز ، عندما تعمل ليزا في المدار ، نتوقع أن نراقب الكون من خلال النافذة الجديدة التي تقدمها موجات الجاذبية. بالإضافة إلى النجوم النيوترونية والثقوب السوداء الضخمة ، قد نتمكن من اكتشاف أصداء الانفجار الكبير من موجات الجاذبية التي تنبعث منها أجزاء صغيرة من الثانية بعد الحدث الذي بدأ كوننا في تطوره الحالي.
المصدر الأصلي: RAS News Release
