في مختبر وكالة ناسا لرحلات الفضاء التابع لمركز الفيزياء الفلكية عالية الطاقة ، مجموعة بحثية جديدة تكرس جهودها لفهم واكتشاف موجات الجاذبية. ويبتكر العلماء برامج كومبيوتر لدراسة موجات الجاذبية التي سيتم الكشف عنها بواسطة قمر صناعي جديد من ناسا ، دعي ليزا.
النسبية العامة
في عام 1916 ، نشر ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامه الشهيرة . نظريته تصف كيف يتأثر الوقت في الفضاء بالكتله . يمكننا أن نمثل الزمكان بوصفه نسيج ينحني أو يتقوس عندما نضع كائن عليه ونضع في الاعتبار أن قياس الابعاد الثنائيه للنسيج هو مجرد نموذج نستخدمه لتمثيل ما هو في الواقع اربعة ابعاد للزمكان اوالوقت في الفضاء (الثلاثة أبعاد العاديه للفضاء بالإضافة إلى البعد الرابع وهوالوقت)
تخيل سحب صفيحه من الورق ووضع كرة بولينج في وسطها ، سوف تلاحظ أن الكره تنتج منحنى في الورقة يكون المنحنى ضعيف بعيدا عن الكرة ، وحاد بالقرب منها . في الواقع الورقة ممتده قليلا بالقرب من الكرة هذه الحالة توضح انحناء الزمكان او الزمن في الفضاء وكيف يتأثر بالكتله قرب الكتله الزمن ينحني ويتمدد بشكل كبير ,ويكون الانحناء في الزمن عميق جدا قرب كتله كبيرة جدا والتمدد يقترب من نقطة الانهيار وهذا يعني بما ان الزمن في الفضاء يتمدد بالقرب من الكتلة فان الفضاء ليس وحده يتمدد ولكن الزمن كذلك . مالذي تعتقد سيحدث إذا وضعت شيئا ثقيلا جدا على ورقة؟ من الواضح ، قد يكون لديك صعوبة في حمل الورقة ، ولكن تخيل أن لديك بعض المساعدة من سوبرمان الجسم الثقيل سوف يخترق الورقة! في الفضاء ، هذا ما يسمى ثقب اسود. الكتلة كبيرة جدا بحيث أن أي شيء يقترب منه (حتى الضوء) يسقط من خلال الثقب ولايتمكن من العودة أبدا.
.
تصوير يبين تأثير كتلة الشمس على الزمن في الفضاء
اذا ماهي موجة الجاذبيه ؟
معظم العلماء يصف موجات الجاذبية بأنها تموجات في الزمكان .تماما مثل قارب يبحر عبر المحيطات وينتج موجات في الماء الكتل المتحركه مثل النجوم والثقوب السوداء تنتج موجات جاذبيه في نسيج الزمكان. الاجرام المتحركة الضخمه تنتج موجات جاذبيه أكثر قوة ، بينما الاجرام التي تتحرك بسرعة كبيرة تنتج موجات اكثر على مدى فترة زمنية معينة.
تصوير يبين اثنين من الثقوب السوداء تدور حول بعضها وتبث موجات الجاذبيه
من اين تأتي موجات الجاذبية ؟
تنتج موجات الجاذبية عادة في التفاعل بين اثنين أو أكثر من الكتل المركبه . مثل التفاعلات التي تشمل المدارات الثنائيه لاثنين من الثقوب السوداء ، اثنين من المجرات المدمجه ، أو اثنين من النجوم النيوترونية تدور حول بعضها البعض. وبينما تدور الثقوب السوداء والنجوم والمجرات حول بعضها البعض ، فإنها ترسل موجات من اشعه الجاذبيه والتي تصل إلى الأرض ، ولكن بمجرد وصول هذه الموجات الى الأرض ، فانها تكون ضعيفة للغاية. وهذا بسبب ان موجات الجاذبية ، مثل موجات المياه تنقص قوتها كلما ابتعدت عن المصدر. على الرغم من أنها ضعيفة يمكن لهذه الموجات السفر دون عائق عبر نسيج الزمكان. هذه هي الطريقة التي تمكنها من الوصول إلى الأرض وتوفر لنا معلومات لايمكن للضوءان يوفرها .
كيف يمكننا الكشف عن موجات الجاذبية؟
لان الموجات ضعيفة عندما تصل إلينا ، لابد ان يستخدم العلماء مخيلتهم للحصول علي اجهزه حساسة بما يكفي للكشف عن هذه الاختلافات الدقيقه في الزمكان. التداخل هي التقنيه التي يستخدمها علماء الفلك للكشف عن التمددات الصغيرة في الزمكان. هذه التقنية تتطلب كتل اختبار على مسافة كبيرة عن بعضها البعض واجهزه ليزر تقوم بقياسات مستمرة بين هذه الكتل . هذه الكتل حرة في التحرك بحيث عندما تمر موجة الجاذبية تتذبذب المسافه بين هذه الكتل هنا يتمدد الزمكان وتقيس اجهزة الليزر هذا التباين في المسافة ويعرف العلماء أن موجه مرت . كلما زادت المسافة بين الكتل زادت حساسية اشعه الليزر في قياس تموجات اصغر . وهناك حاليا العديد من أجهزة الكشف الارضيه تعمل أو قيد الإنشاء ، تتضمن LIGO (الولايات المتحدة) ، VIRGO (ايطاليا / فرنسا) ، GEO (المانيا / بريطانيا ) ، وTAMA (اليابان). من المقرر اطلاق المرصد الفضائي ليزا في عام 2011
تصور لمرصد ليزا
من أجل الكشف عن موجات الجاذبية ، من الضروري خلق نموذج لما قد تبدو عليه هذه الموجه الواردة. وبما أن هناك مصادر كثيرة في وقت معين ، يجب على العلماء ابتكار نماذج كومبيوتر لموجات الجاذبية لمعرفة ما ينبغي البحث عنه في ما يبدو فوضى كبيرة من البيانات. الدكتور جوان سنتريلا عالم الفيزياء الفلكية النظرية في وكالة ناسا في مركز غودارد لرحلات الفضاء يقود فريق من العلماء يبتكرون هذه النماذج. حاليا تعمل المجموعة على نماذج كومبيوتر لثقب اسود ضخم coalescences يظهر عندما تدخل الثقوب السوداء في مراكز مجرتين متصادمتين في دوامه مع بعضها البعض.
ماذا نتعلم من كشف هذه الموجات؟
موجات الجاذبية سوف تساعد الفيزيائيين والفلكيين على فهم بعض من أكثر القوانين الأساسية في الفيزياء . وستخبرنا أيضا عن ديناميكية الأحداث على نطاق واسع في الكون مثل موت النجوم ، وولادة الثقوب السوداء. مع ليزا يكون لدى العلماء القدره على البحث من خلال الفضاء والزمان وباستخدام هذه المعلومات تكون لدينا القدره على معرفة المزيد حول بداية الكون وتطوره
النسبية العامة
في عام 1916 ، نشر ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامه الشهيرة . نظريته تصف كيف يتأثر الوقت في الفضاء بالكتله . يمكننا أن نمثل الزمكان بوصفه نسيج ينحني أو يتقوس عندما نضع كائن عليه ونضع في الاعتبار أن قياس الابعاد الثنائيه للنسيج هو مجرد نموذج نستخدمه لتمثيل ما هو في الواقع اربعة ابعاد للزمكان اوالوقت في الفضاء (الثلاثة أبعاد العاديه للفضاء بالإضافة إلى البعد الرابع وهوالوقت)
تخيل سحب صفيحه من الورق ووضع كرة بولينج في وسطها ، سوف تلاحظ أن الكره تنتج منحنى في الورقة يكون المنحنى ضعيف بعيدا عن الكرة ، وحاد بالقرب منها . في الواقع الورقة ممتده قليلا بالقرب من الكرة هذه الحالة توضح انحناء الزمكان او الزمن في الفضاء وكيف يتأثر بالكتله قرب الكتله الزمن ينحني ويتمدد بشكل كبير ,ويكون الانحناء في الزمن عميق جدا قرب كتله كبيرة جدا والتمدد يقترب من نقطة الانهيار وهذا يعني بما ان الزمن في الفضاء يتمدد بالقرب من الكتلة فان الفضاء ليس وحده يتمدد ولكن الزمن كذلك . مالذي تعتقد سيحدث إذا وضعت شيئا ثقيلا جدا على ورقة؟ من الواضح ، قد يكون لديك صعوبة في حمل الورقة ، ولكن تخيل أن لديك بعض المساعدة من سوبرمان الجسم الثقيل سوف يخترق الورقة! في الفضاء ، هذا ما يسمى ثقب اسود. الكتلة كبيرة جدا بحيث أن أي شيء يقترب منه (حتى الضوء) يسقط من خلال الثقب ولايتمكن من العودة أبدا.
تصوير يبين تأثير كتلة الشمس على الزمن في الفضاء
اذا ماهي موجة الجاذبيه ؟
معظم العلماء يصف موجات الجاذبية بأنها تموجات في الزمكان .تماما مثل قارب يبحر عبر المحيطات وينتج موجات في الماء الكتل المتحركه مثل النجوم والثقوب السوداء تنتج موجات جاذبيه في نسيج الزمكان. الاجرام المتحركة الضخمه تنتج موجات جاذبيه أكثر قوة ، بينما الاجرام التي تتحرك بسرعة كبيرة تنتج موجات اكثر على مدى فترة زمنية معينة.
تصوير يبين اثنين من الثقوب السوداء تدور حول بعضها وتبث موجات الجاذبيه
من اين تأتي موجات الجاذبية ؟
تنتج موجات الجاذبية عادة في التفاعل بين اثنين أو أكثر من الكتل المركبه . مثل التفاعلات التي تشمل المدارات الثنائيه لاثنين من الثقوب السوداء ، اثنين من المجرات المدمجه ، أو اثنين من النجوم النيوترونية تدور حول بعضها البعض. وبينما تدور الثقوب السوداء والنجوم والمجرات حول بعضها البعض ، فإنها ترسل موجات من اشعه الجاذبيه والتي تصل إلى الأرض ، ولكن بمجرد وصول هذه الموجات الى الأرض ، فانها تكون ضعيفة للغاية. وهذا بسبب ان موجات الجاذبية ، مثل موجات المياه تنقص قوتها كلما ابتعدت عن المصدر. على الرغم من أنها ضعيفة يمكن لهذه الموجات السفر دون عائق عبر نسيج الزمكان. هذه هي الطريقة التي تمكنها من الوصول إلى الأرض وتوفر لنا معلومات لايمكن للضوءان يوفرها .
كيف يمكننا الكشف عن موجات الجاذبية؟
لان الموجات ضعيفة عندما تصل إلينا ، لابد ان يستخدم العلماء مخيلتهم للحصول علي اجهزه حساسة بما يكفي للكشف عن هذه الاختلافات الدقيقه في الزمكان. التداخل هي التقنيه التي يستخدمها علماء الفلك للكشف عن التمددات الصغيرة في الزمكان. هذه التقنية تتطلب كتل اختبار على مسافة كبيرة عن بعضها البعض واجهزه ليزر تقوم بقياسات مستمرة بين هذه الكتل . هذه الكتل حرة في التحرك بحيث عندما تمر موجة الجاذبية تتذبذب المسافه بين هذه الكتل هنا يتمدد الزمكان وتقيس اجهزة الليزر هذا التباين في المسافة ويعرف العلماء أن موجه مرت . كلما زادت المسافة بين الكتل زادت حساسية اشعه الليزر في قياس تموجات اصغر . وهناك حاليا العديد من أجهزة الكشف الارضيه تعمل أو قيد الإنشاء ، تتضمن LIGO (الولايات المتحدة) ، VIRGO (ايطاليا / فرنسا) ، GEO (المانيا / بريطانيا ) ، وTAMA (اليابان). من المقرر اطلاق المرصد الفضائي ليزا في عام 2011
تصور لمرصد ليزا
من أجل الكشف عن موجات الجاذبية ، من الضروري خلق نموذج لما قد تبدو عليه هذه الموجه الواردة. وبما أن هناك مصادر كثيرة في وقت معين ، يجب على العلماء ابتكار نماذج كومبيوتر لموجات الجاذبية لمعرفة ما ينبغي البحث عنه في ما يبدو فوضى كبيرة من البيانات. الدكتور جوان سنتريلا عالم الفيزياء الفلكية النظرية في وكالة ناسا في مركز غودارد لرحلات الفضاء يقود فريق من العلماء يبتكرون هذه النماذج. حاليا تعمل المجموعة على نماذج كومبيوتر لثقب اسود ضخم coalescences يظهر عندما تدخل الثقوب السوداء في مراكز مجرتين متصادمتين في دوامه مع بعضها البعض.
ماذا نتعلم من كشف هذه الموجات؟
موجات الجاذبية سوف تساعد الفيزيائيين والفلكيين على فهم بعض من أكثر القوانين الأساسية في الفيزياء . وستخبرنا أيضا عن ديناميكية الأحداث على نطاق واسع في الكون مثل موت النجوم ، وولادة الثقوب السوداء. مع ليزا يكون لدى العلماء القدره على البحث من خلال الفضاء والزمان وباستخدام هذه المعلومات تكون لدينا القدره على معرفة المزيد حول بداية الكون وتطوره