انتشار ال موجات الجاذبية من خلال المادة يمكن أن تكشف عن تموجات الزمكان الناتجة عن الانفجار العظيم.
استخدم اثنان من علماء فيزياء البلازما انتشار الموجات الكهرومغناطيسية عبر البلازما كنظير لموجات الجاذبية ، وابتكروا مجموعة من المعادلات التي تصف ما يجب البحث عنه عندما تمر موجات الجاذبية عبر النجوم والغازات في أعماق الفضاء.
يمكن أن تكشف هذه العلامات عن موجات الجاذبية المراوغة التي تنتقل عبر الفضاء بما يتجاوز قدرتنا الضيقة على اكتشافها – الموجات العملاقة منخفضة التردد الناتجة عن اصطدام الموجات الهائلة. الثقوب السوداءأصغر عدد من الطنين الناتج عن الدوران حول ثنائيات الأقزام البيضاء ، والرنين الهائل لتوسع الكون ، فقط أجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم.
“لا يمكننا رؤية الكون المبكر بشكل مباشر ، ولكن ربما يمكننا رؤيته بشكل غير مباشر إذا نظرنا إلى كيفية تأثير موجات الجاذبية من ذلك الوقت على المادة والإشعاع الذي يمكننا رصده اليوم” ، يقول الفيزيائي ديبين جارج من جامعة برينستون.
كانت الموجات الثقالية التي تموجت بعد الاصطدام بين ثقبين أسودين كتلة نجمية هي الأولى التي اكتشفها البشر في عام 2015، مسافة 1.4 مليار سنة ضوئية. تنبأ أينشتاين لأول مرة بأن موجات الجاذبية تشبه إلى حد ما تموجات في بركة: يتوسع الزمكان نفسه ويتقلص بسبب اضطراب الجاذبية الناجم عن حدث هائل.
وبالتالي ، فإن الأداة التي اكتشفت هذه الموجات لم تكن تلسكوبًا ، بل مجموعة دقيقة من الليزر والمرايا التي تتفاعل مع التواء الزمكان ، مما ينتج نمطًا يمكن للعلماء فك شفرته لتحديد خصائص مصدر موجات الجاذبية. لكن التكنولوجيا محدودة: حاليًا ، يمكننا فقط اكتشاف موجات الجاذبية في الكتلة النجمية. الثقب الأسود و النجم النيوتروني نظام تحطم.
مصادر أخرى لموجات الجاذبية عدد لا يحصى ، ولكن في الوقت الحالي – وربما فقط – بعيد المنال. لكن جارج وزميله ، الفيزيائي إيليا دودين من مختبر برينستون لفيزياء البلازما ، أدركوا خلال بحثهم في اندماج البلازما أنه قد تكون هناك طريقة أخرى لرؤية هذه الموجات المخفية حاليًا.
يمكن أن يكون اندماج البلازما يومًا ما مصدرًا بديلاً للطاقة النظيفة لإمداد العالم بالطاقة ، ولكن لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به. على وجه الخصوص ، يحتاج العلماء إلى نموذج مفصل يصف كيفية مرور الموجات الكهرومغناطيسية عبر البلازما. وقد اتضح أنه يجب أن يكون مشابهًا جدًا لكيفية انتقال موجات الجاذبية عبر المادة.
“نضع آلات موجات البلازما للعمل على أ موجة الجاذبية مشكلة،” يشرح جارج.
وفقًا لعمل الثنائي ، يجب أن ينتج عن انتشار موجات الجاذبية من خلال المادة إشارة يمكن اكتشافها – تغييرات ، على سبيل المثال ، في الضوء الذي تنتجه النجوم ، أو سحب هائلة من الغاز في الفراغات بين النجوم.
هذا لا يمكن أن يكشف فقط عن موجات الجاذبية التي تتجاوز حاليًا قدرات الكشف لدينا ، ولكن أيضًا يمنح العلماء أداة جديدة لدراسة النجوم. على سبيل المثال ، يمكن أن تتغير خصائص إشارة الضوء الناتجة عن موجات الجاذبية في النجوم اعتمادًا على البنية الداخلية وكثافة النجم.
نظرًا لأنه من الصعب جدًا رؤية الخدع الداخلية للنجوم ، يمكن أن تكون موجات الجاذبية أداة جديدة قوية في مجموعة هذا المجال من علم الفلك. يمكن أن يكون عمل الفريق مفيدًا أيضًا في أحداث الموجات الثقالية التي يمكننا اكتشافها: اندماج الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والنجوم النيوترونية.
بعبارة أخرى ، يبدو أن الزوجين قد حددا ما يمكن أن يتحول إلى طريقة جديدة متعددة الوظائف ولا غنى عنها لفهم الكون. الخطوة التالية ، كما يقولون ، ستكون استخدامها لمحاولة تحليل البيانات الحقيقية.
“اعتقدت أنه سيكون مشروعًا صغيرًا مدته ستة أشهر لطالب دراسات عليا يتضمن حل أمر بسيط ،” يقول دودين. “ولكن بمجرد أن بدأنا في التعمق أكثر ، أدركنا أنه لم يتم فهم سوى القليل جدًا حول المشكلة ويمكننا القيام بعمل نظري أساسي للغاية هنا.”
تم نشر البحث في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.