جاناتان اوکالاگان، ترجمه کاوه فیض اللهی: ذهن‌تان را به ۴ سال پیش برگردانید، زمانی که امواج گرانشی موضوع داغ گفت‌وگوها بود. ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، همکاری بین‌المللی «لایگو-ویرگو» (LIGO-VIRGO) برای نخستین‌بار این موج‌های خفیف در ساختار فضا-زمان را آشکار کرد. دستاوردی تاریخی که با چند ماه تاخیر افشا شد و هیاهویی جهانی به پا کرد. اکنون در چهارمین سالگرد این کشف شاهد این هستیم که چگونه این حوزه پژوهشی نوپا با آشکارسازی‌های بعدی و همچنین چشم‌انداز کشف‌های هیجان‌انگیزتری که پیش رو دارد، به‌طور چشمگیری به بلوغ رسیده است. به گفته نرگیس ماوالوالا (N.Mavalvala)، استاد موسسه فناوری ماساچوست، «این حوزه منفجر شده است. از اینکه توانسته‌ایم به چنین دستاوردهایی برسیم، حیرت‌زده‌ام. هم از جنبه اخترفیزیک و هم از جنبه بهینه‌سازی‌های عظیمی که در‌مورد ابزارها انجام شد، دستاوردها سرسام‌آور است.»
با احتساب نخستین کشف تا به امروز در مجموع ۲۳ مورد آشکارسازی تایید‌شده امواج گرانشی رخ داده است که همگی در سه نوبت رصدی انجام شده‌اند. از این تعداد، ۲۰ مورد ادغام سیاه‌چاله‌ها، دو مورد ادغام ستاره‌های نوترونی و یک مورد اخیر احتمالا نخستین نمونه از ادغام میان یک سیاه‌چاله و یک ستاره نوترونی بوده است. هریک از این موارد در جای خود بسیار هیجان‌انگیز بوده‌اند اما آنچه در این میان بیش از همه تحسین‌برانگیز بود، افزایش خیره‌کننده آشکارسازی‌ها از یک مورد در ماه به یک مورد در هفته بود که به لطف ارتقای سخت‌افزاری و افزایش حساسیت تجهیزات لایگو در سال‌های ۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ ممکن شده است. برخی تخمین می‌زنند رصدخانه‌های موج گرانشی تا سال ۲۰۲۳ می‌توانند هر ساعت یک ادغام جدید را آشکارسازی کنند. به گفته بن فار (B.Farr)، استاد دانشگاه اورگن، «به‌سختی می‌توان درباره رشد انفجاری اخترشناسی موج گرانشی کار اغراق کرد.»
عصر جدید
به لطف همین رشد انفجاری پیشرفت‌های چشمگیری در چندین زیرشاخه از اخترفیزیک رخ داده است. دنیل هولز (D.Holz)، استاد دانشگاه شیکاگو می‌گوید پژوهش درباره ادغام سیاه‌چاله‌ها که به لطف حجم بالای رویدادهای رصدشده، اکنون تا حد زیادی کسل‌کننده شده است، دارد متحول می‌شود. به گفته او «ما به‌سرعت داریم وارد عرصه جمعیت و آمار می‌شویم. به جای آنالیز یک رویداد، یک دسته کامل از آنها را آنالیز می‌کنیم. اکنون به دنبال این هستیم که ببینیم روش توزیع رویدادها چگونه است، چه تعدادی بزرگ هستند و چه تعدادی کوچک. حتا اگر تکرار کسل‌کننده آنها ادامه یابد، چگونگی توزیع این رویدادهای کسل‌کننده موضوع بسیار جذابی است.»
رصد نخستین ادغام ستاه نوترونی توسط لایگو و ویرگو به پژوهشگان کمک کرده است برخی از بنیادی‌ترین جنبه‌های خود جهان را کاوش کنند. کریستوفر بری (C.Berry)، پژوهشگر دانشگاه نورس‌وسترن، پرتوهای گامای ناشی از این رویداد ۶/۱ ثانیه پس از امواج گرانشی توسط سایر تلسکوپ‌ها آشکار شد، شرایطی که امکان آزمون بی‌سابقه‌ای برای سرعت نور در برابر سرعت گرانش را فراهم کرد. به گفته او «انتظار داشتیم اختلاف اندکی در زمان رسیدن‌شان وجود داشته باشد چون این دو لزوما در یک زمان به وجود نیامده بودند. اما این حقیقت که این اختلاف تنها ۶/۱ ثانیه بود به ما امکان داد به طور تجربی آزمایش کنیم که سرعت نور و سرعت گرانش، مطابق آنچه در نسبیت عام پیش‌بینی شده، در واقع یکسان است.»
راه دیگری که دانشمندان امیدوار بوده‌اند از طریق آن نسبیت را بررسی کنند، مشاهده امواج گرانشی است که به واسطه حضور یک جرم عظیم دستخوش «همگرایی گرانشی» (Gravitational Lensing) شده‌اند. درست مانند نور که در گذر از میدان‌های گرانشی کهکشان‌ها و سایر اجرام پرجرم می‌تواند خم و همگرا شود، امواج گرانشی هم باید به شکل مشابهی تاب بردارند و دچار اعوجاج شوند. ماه گذشته اخترشناسان به خاطر آشکارسازی احتمالی چنین رویدادی سروصدای زیادی به پا کردند: دو سیگنال موج گرانشی مشابه با فاصله ۲۱ دقیقه از یکدیگر از زمین عبور کردند، سرنخی که می‌توانست به این معنی باشد که هر دو موج از یک منبع آمده‌اند و در مسیرشان همگرا شده‌اند. متاسفانه ارزیابی‌های بعدی نشان داد که این سیگنال‌های پشت سر هم از دو جهت متفاوت در آسمان آمده بودند اما اخترشناسان همچنان امیدوارند در آینده بتوانند چنین رویدادی را شکار کنند هرچند کار آسانی نخواهد بود. به گفته آسانتا کورای (A.Cooray)، پژوهشگر دانشگاه کالیفرنیا که در همکاری لایگو/ویرگو حضور ندارد، «احتمال یک هم‌راستایی تصادفی بسیار اندک است. برای مشاهده چنین رویدادی باید صدها رصد انجام دهید.»
سفری به آغاز
رویدادهای همگرایی گرانشی تنها مواردی نیستند که اخترشناسان انتظار کشف‌شان را در آینده دارند. یکی از فریبنده‌ترین کشف‌ها آشکارسازی احتمالی امواج گرانشی ناشی از انفجارهای ابرنواختری است. البته برای اینکه لایگو و ویرگو بتوانند چنین رویدادی را آشکارسازی کنند این انفجار باید درون کهکشان ما رخ دهد. به گفته هولز «چنین رویدادی تقریبا هر ۱۰۰ سال یک‌بار رخ می‌دهد و تا جایی که می‌توانیم بگوییم در ۴ سال گذشته شاهد رویدادی از این دست نبوده‌ایم. بنابراین این چیزی است که برای مشاهده‌اش چاره‌ای جز انتظار نداریم، سرانجام روزی رخ می‌دهد.»
ایده‌های بلندپروازانه‌تری هم مطرح است، برخی دانشمندان بر این باروند که سرانجام روزی مشاهده امواج گرانشی آغازینی که در واقع به جامانده از نخستین کسرهایی از ثانیه پس از مه‌بانگ هستند نیز ممکن خواهد بود. آشکارسازی چنین موج‌هایی به دانشمندان اجازه می‌دهد عمیق‌تر از همیشه به سوی لحظه تولد جهان در زمان به عقب برگردند. به گفته ماوالوالا «کهن‌ترین نوری که اکنون به ما به عنوان ناظر می‌رسد زمانی ساطع شده است که سن جهان نزدیک به ۴۰۰ هزار سال بود. این در حالی است که امواج گرانشی آغازینی که به سوی ما جریان دارد متعلق به نخستین لحظه‌ها پس از مه‌بانگ هستند.» متاسفانه نشانه‌های چنین امواج کهنی باید به شکلی باورنکردنی ضعیف باشد، به حدی ضعیف که به باور بسیاری تنها نسل سوم آشکارسازهای موج گرانشی مانند «کاوشگر کیهانی» در آمریکا یا «تلسکوپ آینشتاین» در اروپا می‌توانند از پس تشخیص آنها برآیند. بنابراین باید تا زمان کامل شدن این پروژه‌ها منتظر ماند و امیدوار بود.
رگبار آشکارسازی‌های پی‌درپی امواج گرانشی البته رازهای غیرمنتظره جدیدی را نیز افشا می‌کند. یک نمونه‌اش منشأ ناشناخته سیاه‌چاله‌های درگیر در ادغام‌های رصدشده است، سیاه‌چاله‌هایی موسوم به «جرم ستاره‌ای» که جرم‌شان در حد چند برابر جرم خورشید ماست. به گفته ماوالوالا «ظاهرا باید این‌طور فکر کرد که این گروه از سیاه‌چاله‌ها بقایای ستاره‌های عادی هستند که دستخوش انفجار ابرنواختری شده‌اند اما ما می‌دانیم که ستاره‌های عادی نمی‌توانند آنقدر رشد کنند که جرم‌شان به اندازه ده‌ها برابر جرم خورشید برسد. بنابراین این سناریوی شکل‌گیری نمی‌تواند معتبر باشد.» احتمال دیگر این است که این سیاه‌چاله‌ها نتیجه ادغام چندین سیاه‌چاله کوچک‌تر باشند اما برای اینکه بتوانیم تعداد ادغام‌های مشاهده‌شده را توضیح دهیم باید جمعیت بسیار بزرگی از سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در جهان وجود داشته باشد که بر اساس داده‌های کنونی خیلی معقول به نظر نمی‌رسد. فعلا پاسخ حقیقی همچنان از دسترس ما خارج است.
طی ۴ سال اخیر هنوز هیچ نشانه‌ای از کند شدن آهنگ رشد اخترشناسی موج گرانشی به چشم نمی‌خورد. به گفته بری «معتقدم این یک انقلاب بوده است. ما به‌راستی چشم‌هایمان را به روی آنچه آنجاست باز کردیم، چیزی که نامرئی بود، چیزی که تنها از طریق امواج گرانشی می‌شود پرده از آن برداشت.» و با افزایش تعداد آشکارسازی چیزهای بسیار بیشتری در راه خواهند بود.
Nature, Sep. ۱۲, ۲۰۱۹
http://sazandeginews.com
دیدگاه‌ها بسته شده‌اند.