أصبحت موجات الجاذبية أهم أداة متاحة لعلماء الفلك. يتم استخدامها بالفعل لتأكيد أن الثقوب السوداء الكبيرة (BHs) - مع كتل عشر مرات أو أكثر من الشمس - وعمليات دمج هذه BHs الكبيرة ، التي تشكل BHs أكبر ، ليست نادرة جدًا في الكون. في أكتوبر 2017 ،
حققت هذه الأداة
قفزة إلى الأمام .
من المعروف منذ وقت طويل أن النجوم النيوترونية (NS) ، البقايا المنهارة للنجوم التي انفجرت وأصبحت مستعرات أعظمية ، شائعة في الكون. ومن المعروف تقريبًا أن NZ تذهب أحيانًا في أزواج. (هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف موجات الجاذبية لأول مرة بشكل غير مباشر في السبعينيات). غالبًا ما تشكل النجوم أزواجًا ، وأحيانًا تنفجر النجوم وتصبح مستعرات أعظم ، وتدور بقاياها في شكل NS حول بعضها البعض. وفقًا لنظرية النسبية لأينشتاين ، يجب أن يفقد زوج من النجوم الطاقة تدريجيًا عن طريق إطلاق موجات الجاذبية في الفضاء ، وببطء ، ولكن بالتأكيد ، يجب أن يقع هذان الجسمان فوق بعضهما البعض في دوامة. ونتيجة لذلك ، بعد ملايين أو حتى مليارات السنين ، تصطدم وتندمج في NZ أو BH أكبر. نتيجة لهذا الاصطدام ، حدث حدثان.
- ينطلق وميض ضوء ساطع جدًا - موجات كهرومغناطيسية - لا يمكننا تخمين تفاصيلها إلا. سيكون بعض هذه الموجات ضوءًا مرئيًا ، وسيكون معظمها غير مرئي ، على سبيل المثال ، أشعة جاما.
- تنشأ موجات الجاذبية ، التي يسهل حساب تفاصيلها ، والتي يمكن تمييزها بسببها ، ولكن لا يمكن اكتشافها حتى بدأ LIGO و VIRGO في جمع البيانات: LIGO للسنوات القليلة الماضية ، و VIRGO للأشهر القليلة الماضية.
من الممكن أننا رأينا بالفعل الضوء على اندماج المبعوثين الوطنيين ، ولكن لا يمكن لأحد التأكد من ذلك. ألن يكون لطيفًا إذا استطعنا رؤية موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية المنبثقة عن اندماج NS؟ سيكون الأمر كما لو كنت ترى الألعاب النارية وتسمع انفجارًا - فالرؤية والاستماع في نفس الوقت أفضل من كل منهما على حدة ، كل إشارة توضح الأخرى. (تحذير: غالبًا ما يقول العلماء أن الكشف عن موجات الجاذبية يشبه الإشاعة. هذا مجرد تشبيه وبعيد جدًا. فهي ليست على الإطلاق مشابهة للموجات الصوتية التي نسمعها بأذنيننا ، لأسباب عديدة - لذلك ، لا تحتاج إلى أخذ القياس حرفيًا). إذا استطعنا القيام بذلك وذاك ، فسنكون قادرين على اكتساب معرفة جديدة حول NS وخصائصها بطريقة جديدة تمامًا.
واكتشفنا أخيراً أن هذا حدث. اكتشف ليجو ، مع أول مرصدين للجاذبية ، موجات من اثنين من NS التي تم دمجها وتقع على بعد 130 مليون سنة ضوئية من الأرض ، 17 أغسطس 2017. (يستمر اندماج NS لفترة أطول بكثير من اندماج BH ، لذا يسهل تمييزها ؛ على وجه التحديد ، حدث هذا الاندماج قريبًا جدًا (نسبيًا) بحيث يمكن ملاحظته لفترة طويلة). سمحت VIRGO ، مع كاشف ثالث ، للعلماء بالتثليث وتحديد موقع الاندماج تقريبًا. لقد تلقوا إشارة ضعيفة للغاية ، ولكن تبين أنها مهمة للغاية ، لأنه أبلغ العلماء أن الاندماج حدث في منطقة صغيرة من السماء حيث يوجد VIRGO في النقطة العمياء. وهذا جعل العلماء يفهمون أين ينظرون.
لوحظ الاندماج لأكثر من دقيقة - يمكن مقارنته بـ BH ، الذي يحدث الاندماج في أقل من ثانية. ولكن ما زال من غير الواضح تمامًا ما حدث في النهاية! هل دمجت NS مع NS أو BH أخرى؟ ليس من الواضح حتى الان.
تقريبًا في اللحظة التي وصلت فيها موجات الجاذبية إلى الحد الأقصى ، سجل فريق آخر من العلماء ، من مشروع FERMI ، وميضًا من أشعة غاما - موجات كهرومغناطيسية عالية التردد. يلاحظ FERMI إشعاعات غاما القادمة من الأطراف البعيدة للكون يوميًا ، ولم يكن انفجار أشعة غاما لمدة ثانيتين غير معتاد. تم اكتشافه من خلال تجربة أخرى مع أشعة غاما ، INTEGRAL. تبادلت الفرق المعلومات في بضع دقائق. يمكن لكاشفات FERMI و INTEGRAL أشعة غاما تحديد مساحة السماء التي تأتي منها أشعة غاما تقريبًا ، وتعطي LIGO / VIRGO معًا منطقة تقريبية فقط. لكن العلماء رأوا تداخل هذه المواقع ، وكان الدليل غير قابل للجدل. لذا دخل علم الفلك مرحلة جديدة طال انتظارها.
فقط هذا في حد ذاته كان بالفعل اكتشافًا كبيرًا. ومضات وجيزة من أشعة جاما شغلت العلماء لسنوات. كان أحد أفضل التخمينات حول أصلها هو افتراض اندماج نيوزيلندة. الآن تم حل اللغز - من الواضح أن هذا الافتراض مبرر. (ماذا لو لم يكن كذلك؟ كانت أشعة غاما المكتشفة ضعيفة بشكل غير متوقع ، لذلك لا تزال هناك أسئلة).
أيضا ، حقيقة أن هذه الإشارات جاءت مع فجوة بضع ثوان من بعضها البعض ، بعد أن تركوا نفس المصدر ، سافروا في مسار استغرقهم أكثر من 100 مليون سنة ، يؤكد أن سرعة الضوء وسرعة الجاذبية الموجتان متماثلتان - وكلاهما يساوي حد السرعة الكونية ، بما يتفق تمامًا مع توقعات نظرية أينشتاين عن الجاذبية.
ثم أبلغت هذه الفرق بسرعة زملائها الفلكيين حول الحاجة إلى توجيه مقاريبهم إلى المنطقة التي ينبغي أن يكون المصدر فيها. بحثت عشرات المقاريب ، من جميع أنحاء العالم ومن الفضاء ، عن موجات كهرومغناطيسية مع انتشار واسع للترددات ، يتم توجيهها في الاتجاه الصحيح تقريبًا ، ومسح السماء بحثًا عن شيء غير عادي. (إحدى المشاكل كانت أن الجسم المطلوب كان في السماء بالقرب من الشمس ، لذلك لا يمكن رؤيته إلا في الظلام وساعة واحدة فقط كل ليلة). واكتشف الضوء! في جميع الترددات! تبين أن الكائن ساطع جدًا ، مما يجعل من السهل جدًا العثور على المجرة التي حدث فيها الاندماج. كان الضوء الساطع مرئيًا في أشعة جاما ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة تحت الحمراء ، والأشعة السينية ، ومجموعة الراديو. (هذه المرة ، لم يتم الكشف عن النيوترينوهات والجسيمات التي يمكن استخدامها كطريقة أخرى لمراقبة الانفجارات البعيدة).
ومع الكثير من المعلومات يمكنك معرفة الكثير!
أهم شيء ، على الأرجح ، هو هذا: من القوانين الموجودة في طيف الضوء ، تم تأكيد الفرضية أن اندماج النجوم النيوترونية مهم ، ربما المصادر السائدة لظهور العديد من العناصر الكيميائية الثقيلة - اليود ، إيريديوم ، السيزيوم ، الذهب ، البلاتين ، وما إلى ذلك - تنشأ في درجات حرارة عالية في مثل هذه التصادمات. واعتبر المصدر الأكثر احتمالا هو نفس المستعرات الأعظمية التي تشكل NS. ولكن الآن ، على ما يبدو ، اتضح أن المرحلة الثانية في حياة نيوزيلندة - الاندماج ، وليس الولادة - لا تقل أهمية. هذا مذهل لأن عمليات الاندماج في NS أقل شيوعًا بكثير من انفجارات السوبرنوفا. في مجرتنا ، تشتعل المستعر الأعظم لدرب التبانة مرة واحدة كل مائة عام تقريبًا ، ولكن تنقضي عشرات آلاف السنين بين ظهور مثل هذه "الكيلونات" في اندماجات NS.
إذا كان هناك شيء في هذا الخبر مخيّب للآمال ، فهذا: كل شيء تم ملاحظته تقريبًا في هذه التجارب تم توقعه مسبقًا. في بعض الأحيان يكون الأمر أكثر أهمية وأكثر فائدة إذا كانت توقعاتك غير مبررة تمامًا ، لأنك حينئذٍ تفهم كم لا يزال عليك معرفة ذلك. من الواضح أن فهمنا للجاذبية ، NS ، اندماجاتها ، وجميع أنواع مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تنشأ في هذه الاندماجات ، أفضل بكثير مما قد تعتقد. ولكن ، لحسن الحظ ، هناك العديد من الألغاز الجديدة. الأشعة السينية متأخرة ؛ كانت أشعة غاما ضعيفة - سنعرف المزيد عن هذا قريبًا ، حيث من المقرر أن تعقد ناسا مؤتمرًا جديدًا.
بعض محاور المؤتمر:
- تم الحصول على معلومات جديدة في الداخل من NS ، مما يؤثر على حجمها وكيف يمكن دمجها بالضبط.
- تم الحصول على الصورة الأولى لمصدر موجات الجاذبية في الضوء المرئي ، وتقع في الجزء الخلفي من مجرة بعيدة ، باستخدام تلسكوب Swope. مركز المجرة هو دائرة من الضوء ، وتشير الأسهم إلى مكان الانفجار.
- تشير الحسابات النظرية لانفجار الكيلون إلى أن شظايا الانفجار يجب أن تمنع الضوء المرئي بسرعة إلى حد ما ، لذلك يتلاشى الانفجار بسرعة في الضوء المرئي - ولكن يبقى ضوء الأشعة تحت الحمراء أطول بكثير. تؤكد مشاهدات التلسكوبات في المدى المرئي والأشعة تحت الحمراء هذا الجانب من النظرية ؛ يمكن رؤية هذا الدليل في الصورة أعلاه ، حيث بعد أربعة أيام أصبحت البقعة المضيئة أكثر خفوتًا وأحمرًا بكثير.
- التقييم: الكتلة الإجمالية للذهب والبلاتين التي نشأت في هذا الانفجار أكبر بكثير من كتلة الأرض.
- التصنيف: تشكلت هذه النجوم النيوترونية منذ حوالي 10 مليار سنة. لقد دارت حول بعضها البعض معظم تاريخ الكون ، وانتهت وجودها قبل 130 مليون سنة فقط ، مما أدى إلى انفجار تم اكتشافه مؤخرًا.
- لغز كبير: توهجت جميع انفجارات أشعة غاما السابقة التي سجلناها في الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بنفس الطريقة تمامًا في نطاق غاما. لكن هذه المرة ، لم تظهر الأشعة السينية ، على الأقل ليس على الفور. كانت هذه مفاجأة كبيرة. استغرق تلسكوب شاندرا 9 أيام للكشف عن الأشعة السينية التي كانت معتمة جدًا لأي تلسكوب آخر. هل يعني هذا أن اثنين من NS قد خلقا BH ، والتي خلقت بعد ذلك نفاثة ( تيار نسبي ) للمادة ، لم يتم توجيهها إلينا مباشرة وتسليط الضوء على المادة في الفضاء بين النجوم؟ تم اقتراح مثل هذه الفرصة قبل 20 عامًا ، ولكن تم الحصول على بعض الأدلة لصالحها للمرة الأولى.
- مفاجأة أخرى: استغرق الأمر 16 يومًا لفتح موجات الراديو ، وفتحوها بأقوى التلسكوبات الراديوية الموجودة ، Array Large Array . منذ ذلك الحين ، يزيد انبعاث الراديو السطوع! هذا ، كما هو الحال في الأشعة السينية ، يدعم فكرة وجود طائرة نفاثة بعيدة عنا.
- حتى هذه اللحظة ، لم نر شيئًا مثل فلاش أشعة غاما - أو ، بشكل أدق ، لم نتعرف عليه. عندما لا تحتوي أشعة غاما على عنصر أشعة سينية يظهر على الفور تقريبًا ، فإنه يبدو غريبًا وغامضًا بعض الشيء. من الصعب ملاحظته أكثر من معظم الومضات ، لأنه إذا لم تنظر الطائرة إلينا مباشرة ، يختفي شفقها بسرعة. علاوة على ذلك ، إذا نظرت إلينا الطائرة ، فعندئذٍ تصبح ساطعة لدرجة أنها تعمي عنا ولا تسمح لنا بالتعرف على تفاصيل خصائص الكيلوغرام. لكن هذه المرة ، أخبر LIGO / VIRGO العلماء: "نعم ، هذا مزيج من NS" ، مما أدى إلى دراسة تفصيلية في جميع الترددات الكهرومغناطيسية ، بما في ذلك دراسة المريض لعدة أيام لأشعة جاما وانبعاثات الراديو. في حالات أخرى ، ستتوقف هذه الملاحظات بعد وقت قصير من البداية ، وقد لا يتم تفسير القصة بأكملها بشكل صحيح.