مشاهده قلب ابرنواخترها با استفاده از امواج گرانشی

منجمان اسکاتلندی و آمریکایی در تحقیقی اعلام کردند که امواج گرانشی می‌توانند برای بررسی ابرنواخترها نیز مورد استفاده قرار بگیرند.

کد خبر: ۱۷۳۹۰۸

تاریخ: ۲۳ شهريور ۱۳۹۶ - ۱۰:۴۵

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از اسپیس، موج گرانشی، موجی است که میدان گرانشی آن را تولید می‌کند. میدان گرانشی یک مدل برای توضیح نفوذی که یک جرم سنگین در اطراف خود می‌گسترد است، و این نیرو بر جرم سنگین دیگری اعمال می‌شود؛ بنابراین، یک میدان گرانشی برای توضیح پدیده‌های گرانشی استفاده می‌شود، و در یکای نیوتن در هر کیلوگرم اندازه‌گیری می‌شود.

وجود این نوع از امواج توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ از طریق نظریه نسبیت عام به طور نظری پیش‌بینی شد، و صدسال بعد، در سال ۲۰۱۶ به کمک تاسیسات رصدخانه تداخل لیزری "لایگو"(LIGO) به طور تجربی مشاهده گردید.

موج مشاهده شده ناشی از ترکیب دو سیاه‌چاله با جرم‌های تقریبی ۳۶ و ۲۹ برابر جرم خورشید، و در فاصله تقریبی حدود ۳٫۱ میلیارد سال نوری از زمین بود. موج گرانشی ناشی از تبدیل جرمی معادل با سه برابر جرم خورشید به انرژی در هنگام ترکیب دو سیاه‌چاله با یکدیگر بود. این اولین مشاهده از ترکیب دو سیاه‌چاله با یکدیگر نیز به حساب می‌آید.

این کشف که یکی از مهمترین کشفیات اخترشناسی و فیزیک ارزیابی می‌شود به دانشمندان امکان می‌دهد که برای نخستین بار پژواک انفجار بزرگ، یعنی لحظه‌ای که کیهان از نیستی به هستی آمد را پس از ۱۳٫۸۲ میلیارد سال بشنوند.

حال محققان اسکاتلندی و آمریکایی در یک همکاری با هم اعلام کردند این امواج از منابع دیگری نیز ساطع می‌شوند که یکی از آنها ستارگان آماده انفجار ابرنواختری هستند و به کمک آنها می‌توان برای اولین بار قلب یک ستاره آماده انفجار را مشاهده کرد.

این تحقیق به سرپرستی دکتر "جید پاول"(Jade Powell) از دانشگاه گلاسگو انجام شده است و وی به همراه همکاران خود موفق شدند با استفاده از تجهیزات رصدی لایگو و دیگر رصدخانه‌های پیشرفته، برای اولین بار امواج گرانشی یک ابرنواختر را رصد کند.

ابرنواخترها پرجرم ترین ستاره‌های عالم هستند که زندگی خود را با انفجاری عظیم به نام انفجار ابرنواختری به پایان می‌برند.

این ستاره‌ ماده خود را به سوی فضا پرتاب می‌کند و ممکن است درخشندگی آن چند روزی از کل یک کهکشان هم بیش‌تر باشد. هنوز هم می‌توان بقایای درخشان ستاره‌های منفجر شده را، که صدها یا هزاران سال پیش از هم پاشیده‌اند، دید. ابرنواخترها نادر هستند؛ در کهکشان خودمان به طور میانگین در هر قرن یک یا دو ابرنواختر رخ می‌دهد که برخی از آنها نیز در پس غبار کهکشان پنهان می‌شوند. آخرین ابرنواختر قطعی که در راه‌شیری دیده‌ شد، ابرنواختر کپلر در سال ۱۶۰۴ میلادی بود. اما اخترشناسان، به‌خصوص رصدگران‌ آماتور، تعداد بسیار بیشتری را در دیگر کهکشان‌ها یافته‌اند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه گلاسگو با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای موفق شدند به جزئیات بیشتری از این امواج دست پیدا کنند و توانستند برای اولین بار قلب یک ابرنواختر و فعالیت‌های‌ آن را شبیه‌سازی کنند.

این امواج کاملاً همگون نیستند و مثل نور در هم‌کنشی با الکترون‌ها و اتم‌ها قطبی می‌شوند. دانشمندان با مدل‌سازی کامپیوتری یک الگوی موج‌دار را پیش‌بینی کرده‌ بودند و آنچه اکنون یافت شده این مدل را تایید می‌کند.

علاوه بر این اخترشناسان متوجه شدند این امواج قوی‌تر از آن چیزی هستند که قبلاً تصور می‌شد. دانشمندان فکر می‌کنند که این کشف قفل راز آفرینش را باز خواهد کرد و توضیح خواهد داد که انفجاری با این عظمت چگونه چنین انبساطی ایجاد کرده و جهانی یکپارچه را در زمانی بسیار کوتاه در حدود ۱۰ به توان منفی ۳۴ ثانیه (صفر ممیز سی و سه صفر، یک) پس از انفجار بزرگ شکل داده ‌است.

شبکه ایجاد شده بوسیله محققان این تحقیق که از سه رصدخانه لیزری امواج گرانشی تشکیل شده، می‌تواند با دقت ۹۵ تا ۱۰۰ درصد امواج گرانشی موجود در کهکشان راه شیری را شناسایی کند و اطلاعات بسیار مفید و دقیقی از منابع این امواج و سرعت گردش و جرم ستارگان ایجاد کننده امواج را در اختیار دانشمندان قرار دهد.

موج گرانشی به طور نظری انرژی تابش گرانشی را منتقل می‌کند. منابع موج‌های گرانشی قابل آشکارسازی شامل سیستم‌های ستاره دوتایی است که یکی از اعضای آن کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله باشد.

وجود موج گرانشی یکی از عوارض "تقارن لورنتز" در نسبیت عام است که می‌گوید: « نتایج آزمایش‌ها مستقل از جهت گیری و سرعت آزمایشگاه در میان فضا هستند.»

همچنین این باعث می‌شود که سرعت برهمکنش‌های گرانشی محدود باشد اما در فیزیک کلاسیک اینگونه نیست.

ردیابی امواج گرانشی در واقع دو نظریه مهم فیزیک و کیهان شناسی را ثابت کرده‌ است، فرضیه نسبیت عام انیشتین که حدود صد سال پیش (۱۹۱۶) ارائه شد و نظریه دیگری به نام نظریه "تورم کیهانی" که در دهه هشتاد میلادی مطرح شد.

امواج گرانشی چین‌های ریزی در تار و پود هستی هستند، مثل امواجی که اقیانوس را می‌پیمایند، این امواج گرانشی «ازلی» انرژی را در کیهان جابجا می‌کنند.

این امواج از ۳۸۰ هزار سال پس از انفجار بزرگ در پس‌زمینه کیهان حاضر بوده‌اند، اما در طول این زمان طولانی از پلاسمایی بسیار داغ به امواجی بسیار سرد (سه درجه بالای صفر مطلق یعنی حدود منفی ۲۷۰ درجه سانتی گراد)و ضعیف تبدیل شده‌اند. این امواج کاملاً همگون نیستند و مثل نور در همکنشی با الکترون‌ها و اتم‌ها باردار می‌شوند.

در فیزیک مدرن، زمان، بعد چهارم جهان محسوب می‌شود. انیشتین دریافت که نمی‌توان دو مفهوم فضا و زمان را از هم جدا کرد و هندسه جهان چهار بعدی می باشد (سه بعد فضا و یک بعد زمان). او در تئوری نسبیت این هندسه را فضا-زمان نامید. گرانش یا جاذبه در این تئوری انحنایی در فضا-زمان است. این انحنا را جرم ایجاد می‌کند. هر چه جرم جسمی بیشتر باشد انحنای بزرگتری در فضا-زمان ایجاد می‌کند. این انحنا در واقع موقعیت جسم را مشخص می‌نماید. وقتی جسمی حرکت می‌کند، انحنایی که در فضا-زمان ایجاد می‌کند هم حرکت می‌کند.

رویدادهای عظیم کیهانی مثل انفجار ابرنواخترها که انرژی‌های عظیم با سرعت نور حرکت می‌کنند موج گرانشی تولید می‌کنند. وقتی که آب را در حوض به هم بزنید موج‌های کوچکی ایجاد می‌شود. این موج‌ها را می‌توان به مثابه موج گرانشی در نظر گرفت.