شناسایی دوم امواج گرانشی: پنجره‌ای نو به کیهان

تأییدی بر انقلاب نجوم: شناسایی دوباره امواج گرانشی

در یک گام دیگر به سوی درک عمیق‌تر از کیهان، گروهی از دانشمندان بین‌المللی روز چهارشنبه (۲۶ خرداد) اعلام کردند که برای دومین بار موفق به شناسایی امواج گرانشی شده‌اند. این امواج، که در بُعد فضا-زمان حرکت می‌کنند، دوباره در محیط پیرامون زمین رصد شده‌اند. این کشف دوم، اهمیت اولین رصد را دوچندان می‌کند و نشان می‌دهد که ما وارد یک عصر جدید در کیهان‌شناسی و ستاره‌شناسی شده‌ایم؛ عصری که در آن می‌توانیم «شنیدار» رویدادهای کیهانی باشیم، نه فقط «بینا».

امواج گرانشی چیست؟ پیش‌بینی قرن اینشتین به واقعیت پیوست

برای درک این دستاورد بزرگ، باید به حدود یک قرن پیش بازگردیم. آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ و از طریق نظریه‌ی انقلابی خود، یعنی نظریه نسبیت عام، وجود امواج گرانشی را پیش‌بینی کرد. این نظریه بیان می‌کند که جرم و انرژی می‌توانند ساختار فضا-زمان را خم کنند.

امواج گرانشی در واقع همان انحناهای ریز و سریعی هستند که در این شبکه‌ی فضا-زمان به وجود می‌آیند و با سرعت نور در تمام کیهان منتشر می‌شوند. این امواج توسط هیچ چیزی مسدود یا متوقف نمی‌شوند و می‌توانند از میان ستارگان و سیارات عبور کنند بدون آنکه تأثیری بر它们 بگذارند. اینشتین فضا-زمان را مانند یک شبکه‌ی بزرگ توصیف می‌کرد که زیر وزن اجسام دچار خمیدگی می‌شود. امواج گرانشی نیز مانند امواجی هستند که از پرتاب یک سنگ ریزه در یک حوضچه‌ی آرام به وجود می‌آیند و در کل آن پخش می‌شوند.

جزئیات دومین رصد: برخوردی دور در تاریخ کهکشان

اولین بار در ماه فوریه (حدود بهمن ماه) بود که علم جهان با خبری تکان‌دهنده متوجه شد. دانشمندان برای اولین بار توانسته بودند این امواج نامرئی را که در سپتامبر (حدود شهریور ماه) به زمین رسیده بودند، ثبت کنند. اما اکنون، این موفقیت تکرار شده است.

محققان اعلام کردند که این بار در ماه دسامبر (حدود آذر ماه) امواج گرانشی دیگری را شناسایی کرده‌اند. منشأ این امواج، برخورد و ادغام دو سیاه‌چاله عظیم در فاصله‌ی حدود ۱.۴ میلیارد سال نوری از زمین بوده است. این رویداد وحشتناک، تکانه‌هایی ناگهانی در ساختار فضا-زمان ایجاد کرده که پس از یک سفر طولانی و ۱.۴ میلیارد ساله، توسط ابزارهای پیشرفته‌ی ما روی زمین ثبت شده است. این کشف نشان می‌دهد که چنین رویدادهایی در کیهان بسیار رایج‌تر از آن هستند که پیش‌تر تصور می‌شد.

لیگو (LIGO): چشمان و گوش‌های جدید بشر برای کاوش در کیهان

این دستاورد شگرف بدون تکنولوژی پیشرفته‌ی ممکن نبود. ابزاری که این کشف را ممکن ساخت، «رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری» یا لیگو (LIGO) نام دارد. لیگو از یک جفت آشکارساز لیزری غول‌پیکر تشکیل شده است؛ یکی در ایالت لوئیزیانا و دیگری در ایالت واشنگتن که حدود ۳ هزار کیلومتر از هم فاصله دارند.

این دو رصدخانه به صورت هماهنگ کار می‌کنند تا سیگنال‌های محلی (مانند زلزله یا عبور ماشین سنگین) از سیگنال‌های واقعی کیهانی جدا کنند. اگر موجی در هر دو ایستگاه به صورت همزمان و با الگوی مشابه ثبت شود،科学家 می‌توانند اطمینان حاصل کنند که منشأ آن دور، در اعماق فضا بوده است. این سیستم دقیق، مانند داشتن دو گوش بسیار حساس برای گوش دادن به ضربان قلب کیهان عمل می‌کند.

آینده نجوم گرانشی: پاسخ به معماهای کهکشان

شیلا رُوان، از اعضای برجسته این تیم تحقیقاتی و مدیر «مؤسسه تحقیقات گرانشی در دانشگاه گلاسکو»، اهمیت این کشف را تشریح کرد. او گفت: «ما با توجه به این شناسایی دوم متوجه می‌شویم که با استفاده از ویژگی‌ها و خواص اندازه‌گیری شده توسط لیگو می‌توانیم پاسخگویی به برخی از پرسش‌های مهم درباره ستاره‌شناسی گرانشی را آغاز کنیم.»

یکی از معماهایی که هنوز پاسخی برای آن یافت نشده عبارتست از اینکه این سیستم‌های سیاه‌چاله‌ای چگونه شکل می‌گیرند؟ ما در آینده با هدف تکمیل کردن «حلقه‌های مفقوده» دانش و اطلاعاتمان از طریق تاریخچه کیهان‌شناسی این موضوع را بررسی می‌کنیم.

این فناوری جدید درهای بسیاری را به روی علم باز می‌کند. دانشمندان امیدوارند با استفاده از آن به سؤالات زیر پاسخ دهند:

• چگونه سیاه‌چاله‌ها تشکیل می‌شوند؟ مطالعه فرکانس و شکل امواج می‌تواند به درک فرآیند شکل‌گیری این اجرام مرموز کمک کند.
• چیستی ماده تاریک و انرژی تاریک چیست؟ شاید بتوان از طریق تأثیر این امواج بر ساختار بزرگ مقیاس کیهان، سرنخ‌هایی پیدا کرد.
• بررسی ستاره‌های نوترونی: ادغام این ستاره‌های متراکک نیز امواج گرانشی قدرتمندی تولید می‌کند که می‌تواند اطلاعات جدیدی در مورد فیزیک ماده در شرایط极端 به ما بدهد.
• نگاهی به لحظات اولیه پس از بیگ بنگ: شاید روزی بتوانیم اموالی را که در ابتدای شکل‌گیری کیهان به وجود آمده‌اند، رصد کنیم.

نتیجه‌گیری: آغازی برای یک عصر طلایی در کیهان‌شناسی

دانشمندان نتایج یافته‌های خود را در نشست انجمن نجوم آمریکا در سن دیه‌گو کالیفرنیا اعلام و آن را در نشریه معتبر «فیزیکال ریویو لترز» منتشر کردند. این موفقیت دوم، پایان یک داستان نیست، بلکه آغازی برای یک فصل جدید در علم است. شناسایی امواج گرانشی به بشر یک حس جدید برای ادراک کیهان بخشیده است. ما دیگر تنها به تلسکوپ‌ها برای دیدن نور ستارگان محدود نیستیم، بلکه اکنون می‌توانیم به ضربان و طنین خود فضا-زمان نیز گوش دهیم و اسراری را کشف کنیم که تا به امروز در پشت پرده‌ی نور پنهان مانده بود.