باورکردنی نیست که یک دهه از اولین باری که بشریت نجواهای کیهان را شنید، گذشته است. در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، رصدخانه موج گرانشی تداخلسنج لیزری (LIGO) با شناسایی نخستین امواج گرانشی، یعنی چینوچروکهایی در تاروپود فضا-زمان، تاریخساز شد. این دستاورد عظیم که زمانی حتی توسط خود اینشتین نیز غیرممکن پنداشته میشد، پنجرهای کاملاً جدید به سوی کیهان گشود. برای گرامیداشت این دهمین سالگرد، بیایید سفری داشته باشیم به باورنکردنیترین پیشرفتها در نجوم امواج گرانشی که درک ما از شدیدترین رویدادهای جهان را دگرگون کردهاند.
از آن روز سرنوشتساز، شبکه جهانی آشکارسازها، شامل لایگو، ویرگو در ایتالیا و کاگرا در ژاپن، آنچنان حساس شده که میتواند اعوجاجهایی به اندازه یک دههزارم عرض یک پروتون را اندازهگیری کند. با شناسایی بیش از ۳۰۰ سیگنال، ما اکنون واقعاً به کیهان گوش فرا میدهیم.
۱. اثبات حقانیت اینشتین: اولین نجوا (GW150914)
این سفر با سیگنال GW150914 آغاز شد. این سیگنال که ۱.۴ میلیارد سال پیش توسط دو سیاهچاله (هر کدام با جرمی حدود ۳۰ برابر خورشید) که به دور هم میچرخیدند و در هم ادغام میشدند، تولید شده بود، پیشبینی کلیدی نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ را تأیید کرد. این رویداد ثابت کرد که اجرام عظیم شتابدار، امواجی در فضا-زمان ایجاد میکنند و ادغام سیاهچالهها رویدادهایی واقعی و خشن هستند که سیاهچالههایی حتی بزرگتر را پدید میآورند. این کشف آنقدر عمیق بود که جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۷ را برای پیشگامانش به ارمغان آورد.
۲. غولپیکرها: سنگینترین ادغام (GW231123)
دانشمندان با فراتر رفتن از مرزها، ادغام دو سیاهچاله غولپیکر با جرمهای ۱۰۰ و ۱۴۰ برابر خورشید را شناسایی کردند. این رویداد، GW231123، سیاهچالهای جدید با جرمی حدود ۲۲۵ برابر خورشید ایجاد کرد و مدلهای ما در مورد چگونگی شکلگیری چنین سیاهچالههای عظیمی را به چالش کشید، و این ایده را مطرح کرد که آنها ممکن است حاصل ادغامهای کوچکتر قبلی باشند.
۳. کشفی طلایی: اولین برخورد ستارههای نوترونی (GW170817)
در سال ۲۰۱۷، آشکارسازها نوع متفاوتی از فاجعه کیهانی را شنیدند: برخورد دو ستاره نوترونی. اینها بقایای فوقالعاده متراکم ستارههای عظیم هستند. این رویداد، GW170817، یک گنجینه علمی بود—به معنای واقعی کلمه. این اولین شواهد مستقیمی بود که نشان میداد این ادغامهای خشن، کارخانههای کیهانی مسئول تولید عناصر سنگینی مانند طلا، نقره و پلاتین هستند.
۴. عصری جدید: تولد نجوم چندپیامی
رویداد GW170817 فراتر از توضیح منشأ طلا بود. چند ثانیه پس از رسیدن امواج گرانشی، تلسکوپهای پرتو گاما انفجاری از نور را از همان نقطه در آسمان شناسایی کردند. برای اولین بار، یک رویداد هم در امواج گرانشی و هم در نور مشاهده شد. این لحظه، طلوع «نجوم چندپیامی» را رقم زد، رویکردی انقلابی که سیگنالهای کیهانی مختلف را برای به دست آوردن تصویری کامل از یک رویداد ترکیب میکند.
۵. زنگ سیاهچاله: شنیدن «آوای پایانی»
وقتی سیاهچالهها ادغام میشوند، سیاهچاله جدید و بزرگتر مانند زنگی که به صدا درآمده باشد، میلرزد و آخرین انفجار امواج گرانشی را که «آوای پایانی» (ringdown) نامیده میشود، منتشر میکند. با تحلیل آوای پایانی رویداد GW190521، دانشمندان توانستند جرم و چرخش سیاهچاله نهایی را با دقتی باورنکردنی اندازهگیری کنند. این همچنین آزمونی قدرتمند برای «قضیه بیمویی» بود که میگوید سیاهچالهها تنها با سه ویژگی تعریف میشوند: جرم، چرخش و بار الکتریکی.
۶. ادغام ترکیبی: رقص یک سیاهچاله و یک ستاره نوترونی
سالها دانشمندان به دنبال سومین نوع برخورد کیهانی بودند: بلعیده شدن یک ستاره نوترونی توسط یک سیاهچاله. در ژانویه ۲۰۲۰، آنها نه یکی، بلکه دو مورد را پیدا کردند! این «ادغامهای ترکیبی»، GW200105 و GW200115، آزمایشگاه جدیدی برای مطالعه رفتار ماده تحت شدیدترین گرانش قابل تصور فراهم کردند.
۷. یک راز کیهانی: جرم اسرارآمیز (GW190814)
یکی از گیجکنندهترین شناساییها مربوط به ادغام یک سیاهچاله با جرم ۲۳ برابر خورشید با یک جرم اسرارآمیز با جرم ۲.۶ برابر خورشید بود. این همراه در «شکاف جرمی» قرار میگیرد—برای یک ستاره نوترونی معمولی بسیار سنگین و از هر سیاهچاله شناختهشدهای سبکتر است. این که آیا این سنگینترین ستاره نوترونی یا سبکترین سیاهچاله کشفشده است، همچنان درک ما از چرخههای زندگی ستارگان را به چالش میکشد.
۸. بلندترین فریاد: آزمون اینشتین و هاوکینگ (GW250114)
همین امسال، این همکاری سیگنال GW250114 را شناسایی کرد که واضحترین و «بلندترین» سیگنال موج گرانشی تا به امروز است. وضوح استثنایی آن امکان انجام دقیقترین آزمونهای نسبیت عام را فراهم کرد و یک پیشبینی کلیدی از استیون هاوکینگ را تأیید کرد: مساحت افق رویداد یک سیاهچاله فقط میتواند افزایش یابد، هرگز کاهش نمییابد.
۹. سمفونی کیهانی: یک همهمه پسزمینه
در حالی که لایگو، ویرگو و کاگرا «برخوردهای» بلند ادغامهای منفرد را میشنوند، آزمایش دیگری به نام NANOGrav چیز متفاوتی را شناسایی کرده است: یک همهمه پایدار با فرکانس پایین از امواج گرانشی. این سمفونی ترکیبی از صدها هزار سیاهچاله کلانجرم در سراسر کیهان است که به آرامی در قلب کهکشانهای در حال ادغام به سوی یکدیگر میچرخند.
۱۰. اثبات اشتباه اینشتین؟
از قضا، هر کشفی که به طرز درخشانی نظریه نسبیت عام اینشتین را تأیید کرده، او را در یک مورد اشتباه ثابت کرده است. خود اینشتین متقاعد شده بود که امواج گرانشی آنقدر ضعیف هستند که بشر هرگز به فناوری لازم برای شناسایی آنها دست نخواهد یافت. یک دهه کاوش کیهانی به زیبایی و با قاطعیت ثابت کرده است که در این مورد، او در اشتباه بود.
منبع: Space.com