يشير تحليل موجات الجاذبية إلى الطريقة التي تتشكل بها أزواج الثقوب السوداء
إن حركة الكتل في الكون، مثل النجوم في مداراتها، تؤدي إلى ظهور نوع من تموج موجات الجاذبية - وهي الظاهرة التي تنبأ بها ألبرت أينشتاين في وقت مبكر من عام 1916، مع تطور النظرية النسبية العامة. تم أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية في عام 2015 وكان أحد التأكيدات المهمة للنسبية العامة؛ والتقطت أجهزة الكشف هذه الموجات ضمن بحث عالمي لرصد موجات الجاذبية، بعد تطور تكنولوجي استمر أكثر من 25 عاما.
وفقًا للنظرية النسبية العامة، تنشأ موجات الجاذبية عن طريق الحركة السريعة جدًا للأنظمة القريبة في مجال الجاذبية، مثل النجوم والثقوب السوداء والنجوم النيوترونية (النجوم المضغوطة، والتي تتكون في معظمها من النيوترونات). وتنتج هذه الأنظمة، رغم تشابكها المتبادل، موجات جاذبية قوية يمكن قياسها من مسافة مليارات السنين الضوئية، باستخدام كواشف حساسة للغاية.
يقوم الدكتور باراك زكاي من قسم فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية في معهد وايزمان للعلوم بدراسة الظواهر الفيزيائية الفلكية باستخدام الأدوات الإحصائية والخوارزميات. ويقول: "موجات الجاذبية هي طريقة أخرى للنظر إلى الكون". "لقد تم إنشاؤها من عمليات متطرفة مثل اندماج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية. في هذه العمليات، يكون انبعاث الطاقة في موجات الجاذبية قويًا جدًا لدرجة أنه يتسبب في اقتراب الثقوب السوداء من بعضها البعض بسرعة. وأخيرًا، اصطدموا ببعضهم البعض بسرعة تعادل حوالي نصف سرعة الضوء. ونتيجة لذلك، فإنها تندمج وتطلق كميات هائلة من موجات الجاذبية. بالإضافة إلى ذلك، فإن موجات الجاذبية تخترق كل شيء، ولا يوجد جسم يمكنه امتصاصها أو حرفها، ولا يخفيها الغبار أو الغازات. باختصار، إنها تنير لنا الكون بنور مختلف، ومن خلالها يمكن فك رموز ظواهر مثل تشكل أزواج من الثقوب السوداء والعناصر الثقيلة. إن تسجيل وقياس إشارات موجات الجاذبية باستخدام أجهزة كشف مبتكرة وفحص مورفولوجيتها وطولها وترددها يكشف عن إجابات لألغاز مختلفة."
وفي بحثهم، قام الدكتور زكاي وفريقه بتحليل المعلومات التي ينتجها كاشف يسمى LIGO باستخدام خوارزميات متقدمة. هذه هي الطريقة التي يكتشفون بها موجات الجاذبية التي لا يتم اكتشافها عادة بسبب الضوضاء الموجودة في الأجهزة. "يتطلب اكتشاف موجات الجاذبية معرفة دقيقة وموثوقة بالخصائص المتغيرة للضوضاء في الجهاز، وتتمكن الخوارزميات التي نقوم بتطويرها من اكتشاف الإشارات الضعيفة من خلال الضوضاء. وهكذا وجدنا تصحيحًا رياضيًا يلغي تأثير التغير في الخصائص الإحصائية للضوضاء، مما يجعل من الممكن اكتشاف موجات جاذبية إضافية."
وفي دراستهم الأخيرة، التي حصلت على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، أراد الباحثون التعرف على كيفية تكوين أزواج من الثقوب السوداء، وطريقة اقترابها من بعضها البعض، واصطدامها واندماجها. "إن دوران الثقوب السوداء يجعل إشارات موجات الجاذبية أكثر ثراءً من الناحية الشكلية، وذلك بسبب التغيرات الدورية في مستوى حركتها. ومن أجل اكتشاف وقياس هذه الظواهر، نقوم بالبحث عن المعلومات المسجلة والمرصودة وتحليلها باستخدام الأدوات الإحصائية والخوارزميات المبتكرة التي نعمل على تطويرها".
واستنادا إلى تحليل إشارات موجات الجاذبية التي قاموا بها في دراستهم الأخيرة، افترض الباحثون أن العديد من أزواج الثقوب السوداء تشكلت داخل مجموعات (مجموعات) من ملايين النجوم. وهناك، وبعد تفاعل النجوم الثلاثة، تمكنوا من الاصطدام والاندماج. "إذا كانت أزواج الثقوب السوداء تتشكل بالفعل بهذه الطريقة، فإننا نفترض أن كتلتها مماثلة لكتلة ثقب أسود واحد تشكل بعد موت نجم، وأن اتجاه (دوران) كل منها عشوائي فيما يتعلق بالآخر ومستوى الحركة. وهذه ظواهر لا تزال مجهولة في الكون المعروف"، يختتم الدكتور زكاي.
الحياة نفسها:
الدكتور باراك زكاي، 35 عاماً، متزوج وله ثلاثة أبناء، يسكن في رحوفوت. في أوقات فراغه يحب لعب الشطرنج والفريسبي النهائي.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
- يتنبأ علماء الفيزياء الفلكية بقوة موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء الهائلة
- حدثان لموجات الجاذبية خلال 10 أيام: اكتشاف ثقوب سوداء تأكل النجوم النيوترونية – "مثل باك مان"
- حدد الباحثون بأثر رجعي حدثًا آخر لموجات الجاذبية من النجوم النيوترونية المتصادمة
- لأول مرة تم اكتشاف موجات الجاذبية والموجات الضوئية من نفس الحدث وهو اندماج نجمين نيوترونيين
- "مع ترقية LIGO، سنكون قادرين على اكتشاف العشرات من أحداث موجات الجاذبية سنويًا"
