طريقة جديدة مقترحة للكشف عن الأمواج الثقالية

اقترح فريق من الباحثين أنه يُمكن اكتشاف الأمواج الثقالية (Gravitational waves)، وهي تموجات غير مرئية في نسيج الزمكان، وذلك عبر البحث عن لمعان النجوم.

اُقترحت هذه التموجات الغامضة في البداية من قبل البرت اينشتاين كنتيجة لنظريته النسبية العامة. يعتمد حجم الأمواج على كتلة الأجسام التي تُسببها. يقول الفيزيائي الفلكي باري ماك كيرنان (Barry McKernan) من المتحف الأمريكي لتاريخ الطبيعة في نيويورك؛ والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة " تصدر الأمواج الثقالية عن الكتل المتسارعة". إذاً، تصدر الأمواج الكبيرة عن كتل كبيرة كأنظمة تحتوي ثقوب سوداء تندمج مع بعضها البعض.

إلى الآن، لم يرصد الفلكيون بشكل مباشر الأمواج الثقالية على الرغم من استمرار الباحثين في محاولة الكشف عنها من خلال تجارب تتضمن الليزرات الموجودة في الأرض وتلك الموجودة في الفضاء. تتفاعل الأمواج بشكلٍ ضعيف جداً مع المادة؛ وهو أمر يُفسر لنا وبشكلٍ جزئي الصعوبة الكبيرة الكامنة وراء مشاهدة هذه التموجات في الزمكان.

يقترح ماك كيرنان وزملاؤه الآن إمكانية أن يكون للأمواج الثقالية أكثر من تأثير واحد على المادة؛ إذ يُمكن لتأثير تلك الأمواج أن يزيد من سطوع النجوم. يقول ماك كيرنان "من الدقيق جداً أنه وبعد حوالي 100 عام على اقتراح اينشتاين للنسبية العامة، فإنه لايزال هناك مفاجأت مهمة يُمكن أن تغير الأمور. كفلكيين اعتقدنا أن التفاعل الكائن بين المادة والأمواج الثقالية ضعيف جداً، بل مهمل بشكلٍ جوهري؛ ولكن تبين مؤخراً أن هذا الأمر غير صحيح".

يقترح الباحثون أنه يُمكن للنجوم، التي تهتز بنفس التواتر الذي تهتز به الأمواج الثقالية أثناء مرور هذه الأمواج عبر النجم، أن تمتص كمية كبيرة من الطاقة الموجودة في تلك التموجات. يقول ماك كيرنان "يُمكنك تخيل الأمواج الثقالية كصوتٍ قادم من البيانو؛ والنجوم كوتر كمان مهتز وموجود بالقرب من البيانو. إذا تطابق الصوت الصادر عن البيانو مع تردد وتر الكمان، يُمكن للوتر أن يستجيب ويصدر صوتاً". فإذا كانت النجوم تحصل على كمية كبيرة من الطاقة الموجودة في الأمواج الثقالية عبر نفس الطريقة، فوفقاً لما افترضه كيرنان "يُمكن للنجم أن يظهر أكثر لمعاناً مما هو موجود في الحالة الطبيعية".

تكمن إحدى التحديات في تحديد فيما إذا كان اللمعان الصادر عن نجم ما ناتج عن أمواج ثقالية أو عن بعض العوامل الأخرى. يقترح الباحثون أن المفتاح الرئيسي من أجل التقاط تأثيرات الأمواج الثقالية يتضمن النظر إلى المجموعات النجمية الكبيرة.

يقول ماك كيرنان "نعتقد أن النجوم الأكبر كتلةً ستضيء في البداية عندما يكون هذا التجمع من النجوم موجوداً بالقرب من منظومة من ثقوب سوداء تندمج مع بعضها، حيث يقوم ذلك النظام بإصدار أمواج ثقالية. الأمر مشابه للغزف على مفاتيح البيانو والبدء بالنغمات المنخفضة".

مع اقتراب الثقوب السوداء من بعضها البعض بشكلٍ أكبر، سيزداد تردد الأمواج الثقالية الناتجة عن تلك الثقوب؛ ويتوقع ماك كيرنان "رؤية لمعان النجوم الأصغر. إذا ما قمنا بمشاهدة تجمع نجمي تسطع فيه النجوم الصغيرة بعد النجوم الكبيرة، سنعرف بأن ذلك الأمر ربما يكون إشارةً على وجود أمواج ثقالية".

يقترح هذا البحث أيضاً طريقةً مختلفة للكشف غير المباشر عن الأمواج الثقالية إذا تمكن العلماء من تطوير كواشف فعالة للأمواج الثقالية على الأرض أو في الفضاء. فعندما يمر نجم ما أمام مصدر قوي للأمواج الثقالية (على سبيل المثال، ثقوب سوداء في مرحلة الاندماج)، فإن الكاشف ربما يرصد هبوطاً في شدة تلك الأمواج؛ وسيحصل ذلك الأمر إذا كان النجم المار يهتز عند التردد المناسب.

قام ماك كيرنان وزملاؤه سافيك فورد (Saavik Ford) وبينس كوسيس (Bence Kocsis) وزولتان هايمان (Zoltan Haiman) بشرح نتائجهم بالتفصيل في عدد 22 سبتمبر من مجلة Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

المصدر: هنا

حقوق الصورة: American Museum of Nantural History