يقدم باحثون من المملكة المتحدة كاشفًا مكتبيًا يعتمد على الرنانات البصرية والساعات الذرية، والذي يفتح الوصول إلى "المجال الأوسط" للموجات الثقالية ويمكن أن يكشف عن الأقزام البيضاء الثنائية، واندماجات الثقوب السوداء، والخلفية العشوائية - وجسر لإطلاق تلسكوب الفضاء ليزا.
قام العلماء بتصميم جهاز كشف جديد مضغوط يمكنه استشعار الموجات الثقالية في نطاق ترددي مفقود منذ فترة طويلة، مما قد يكشف عن أحداث كونية لم يتم رصدها من قبل.
كسر المنطقة الميتة للموجات الثقالية
قدّم العلماء طريقة رائدة لرصد الموجات الثقالية في نطاق التردد بالملي ثانية، مما فتح نافذة جديدة على الأحداث الفلكية والكونية التي لا تستطيع الملاحظات الحالية الوصول إليها بعد.
رُصدت الموجات الثقالية، التي تنبأ أينشتاين بوجودها على أنها تموجات في نسيج الزمكان، بترددات عالية بواسطة أجهزة أرضية مثل ليغو وفيرجو، وبترددات منخفضة جدًا بواسطة مصفوفات توقيت النجوم النابضة. إلا أن النطاق المتوسط بين هذين الحدين ظلّ طويلًا بعيد المنال عن الرصد.
وقد اقترح باحثون من جامعتي برمنجهام وساسكس الآن جهاز كشف مضغوط يستخدم تقنيات الرنان البصري والساعة الذرية المتقدمة للكشف عن الموجات الثقالية في نطاق غامض من الملي ثانية (10-5 - 1 هرتز).
الرنانات البصرية تلتقي بالساعات الذرية
في ورقة بحثية نُشرت مؤخرًا، وصف الفريق كاشفًا يستخدم تقنيات طُوّرت لأول مرة للساعات الذرية الضوئية. تُمكّن هذه الابتكارات في تصميم الرنان الضوئي من قياس تغيرات طفيفة جدًا في ضوء الليزر عند مرور موجات الجاذبية عبره. وعلى عكس مقاييس التداخل الضخمة، يتميز هذا النموذج بصغر حجمه ومقاومته للضوضاء الزلزالية والنيوتونية.
أوضحت الدكتورة فيرا غيرا، المؤلفة المشاركة في الدراسة: "باستخدام تقنية متطورة في مجال الساعات الذرية الضوئية، يُمكننا توسيع نطاق رصد الموجات الثقالية ليشمل نطاقًا جديدًا كليًا من الترددات باستخدام أجهزة يمكن وضعها على طاولة مختبر. وهذا يفتح الباب أمام إمكانية مثيرة لبناء شبكة عالمية من هذه الكواشف، والبحث عن إشارات كانت ستبقى مخفية لعقد آخر على الأقل لولا ذلك".
نافذة على الأصول الكونية
من المتوقع أن تحتوي منطقة الملي ثانية، المعروفة أيضًا باسم "المنطقة الوسطى"، على إشارات من مجموعة واسعة من المصادر الفلكية والكونية، بما في ذلك الأقزام البيضاء الثنائية والثقوب السوداء المندمجة. ومن المقرر أن تدرس مشاريع فضائية كبيرة مثل ليزا المنطقة نفسها، ولكن من غير المتوقع أن تدخل الخدمة قبل ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين. في المقابل، يمكن أن تبدأ كواشف الرنانات البصرية المقترحة دراسة هذه الظواهر قبل ذلك بكثير.
وأضاف البروفيسور جازيباي كالما، المؤلف المشارك: "يتيح لنا هذا الكاشف اختبار النماذج الفيزيائية الفلكية للأنظمة الثنائية في مجرتنا، ودراسة اندماجات الثقوب السوداء الضخمة، بل وحتى البحث عن خلفيات عشوائية من الكون المبكر. باستخدام هذه الطريقة، نمتلك الأدوات اللازمة لبدء دراسة هذه الإشارات من الأرض، مما يمهد الطريق لمهام فضائية مستقبلية".
سد الفجوة ليزا
ستتيح البعثات الفضائية، مثل ليزا، حساسيةً أفضل، لكن سيستغرق الأمر عقدًا من الزمن قبل أن تصبح جاهزةً للتشغيل. تُعد كواشف الرنانات البصرية المقترحة وسيلةً فوريةً وفعّالة من حيث التكلفة لاستكشاف نطاق المليهرتز.
تتضمن كل وحدة مرنانين بصريين متعامدين عاليي الاستقرار، ومرجعًا للتردد الذري، مما يتيح الكشف متعدد القنوات عن إشارات الموجات الثقالية. يزيد هذا التكوين من الحساسية، كما يسمح بتحديد استقطاب الموجة واتجاه المصدر.
