باستخدام أكبر كاشف للموجات الجاذبية على الإطلاق، لقد أكدنا التقارير السابقة التي تفيد بأن نسيج الكون يهتز باستمرار. ويرجع هذا الهدير الخلفي على الأرجح إلى الاصطدامات بين الثقوب السوداء الهائلة التي تقيم في قلوب المجرات.

وتُظهر نتائج كاشفنا – وهو مجموعة من النجوم النيوترونية التي تدور بسرعة وتنتشر عبر المجرة – أن “الخلفية الموجية الجاذبية” قد تكون أعلى مما كان يُعتقد سابقًا. كما أننا قمنا برسم أكثر الخرائط تفصيلاً حتى الآن للموجات الجاذبية عبر السماء، ووجدنا “بؤرة ساخنة” مثيرة للاهتمام للنشاط في نصف الكرة الجنوبي.

تم نشر بحثنا اليوم في ثلاث ورقات بحثية في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

تموجات في المكان والزمان

”

الْمَوْجَاتُ الْجَاذِبِيَّةُ تَمَوُّجَاتٌ فِي نِسَاجِ الزَّمَانِ وَالْمَكَانِ. تَتَكَوَّنُ عِنْدَمَا تَدُورُ أَجْسَامٌ بَالِغَةُ الكَثَافَةِ وَالْكُتْلَةِ حَوْلَ بَعْضِهَا أَوْ تَصْطَدِمُ بِبَعْضِهَا.

أَكْثَرُ الأَجْسَامِ كَثَافَةً وَكُتْلَةً فِي الْكَوْنِ هِيَ الثُّقُوبُ السَّوْدَاءُ، بَاقِيَاتُ النُّجُومِ الْمَيِّتَةِ. وَإِحْدَى الطُّرُقِ الْوَحِيدَةِ لِدِرَاسَةِ الثُّقُوبِ السَّوْدَاءِ هِيَ بِالْبَحْثِ عَنِ الْمَوْجَاتِ الْجَاذِبِيَّةِ الَّتِي تُشِعُّهَا عِنْدَمَا تَتَحَرَّكُ قُرْبَ بَعْضِهَا مِنْ بَعْضٍ.

كَالنُّورِ، تُشَعُّ الْمَوْجَاتُ الْجَاذِبِيَّةُ فِي طَيْفٍ. تُشِعُّ أَثْقَلُ الثُّقُوبِ السَّوْدَاءِ أَبْطَأَ الْمَوْجَاتِ وَأَقْوَاهَا – وَلَكِنْ لِدِرَاسَتِهَا، نَحْتَاجُ إِلَى كَاشِفٍ بِحَجْمِ مَجَّرَّتِنَا.

يُمْكِنُ تَلَقُّي الْمَوْجَاتِ الْجَاذِبِيَّةِ ذَاتِ التَّرَدُّدِ الْعَالِي، الَّتِي تَتَكَوَّنُ مِنْ تَصَادُمِ الثُّقُوبِ السَّوْدَاءِ الصَّغِيرَةِ نِسْبِيًّا، بِاسْتِخْدَامِ كَاشِفَاتٍ أَرْضِيَّةٍ، وَقَدْ وُقِعَتْ مُشَاهَدَتُهَا أَوَّلَ مَرَّةٍ فِي عَامِ ٢٠١٥. وَلَكِنَّ الْبُرْهَانَ عَلَى وُجُودِ الْمَوْجَاتِ الأَبْطَأِ وَالأَقْوَى لَمْ يُعْثَرْ عَلَيْهِ إِلَّا فِي السَّنَةِ الْمَاضِيَةِ.

لقد قامت عدة فرق من علماء الفلك حول العالم بتجميع كواشف موجات جاذبية على نطاق مجري من خلال مراقبة دقيقة لسلوك مجموعات من أنواع معينة من النجوم. وتُعد تجربتنا، وهي مصفوفة توقيت النجوم النابضة MeerKAT، الأكبر بين هذه الكواشف على النطاق المجري.

لقد أعلنّا اليوم عن مزيد من الأدلة على وجود موجات جاذبية منخفضة التردد، ولكن مع بعض الاختلافات المثيرة للاهتمام عن النتائج السابقة. ففي ثلث الوقت الذي استغرقته التجارب الأخرى فقط، وجدنا إشارة تشير إلى كون أكثر نشاطًا مما كان متوقعًا.

لقد تمكّنا أيضًا من رسم خريطة للهندسة الكونية التي خلّفتها اندماج المجرات بدقة أكبر من أي وقت مضى.

الثقوب السوداء، والمجرات، والنجوم النابضة

يعتقد العلماء أن جسماً هائلاً يُعرف باسم الثقب الأسود فائق الكتلة الثقب الأسود يتواجد في مركز معظم المجرات. وعلى الرغم من كتلته الهائلة – التي تبلغ مليارات أضعاف كتلة شمسنا – إلا أن دراسة هذه العمالقة الكونية صعبة.

يعرف علماء الفلك الثقوب السوداء فائقة الكتلة منذ عقود، لكنهم لم يروا واحداً منها مباشرة إلا للمرة الأولى في عام 2019.

عندما تندمج مجرتان، تبدأ الثقوب السوداء الموجودة في مركزهما بالدوران نحو بعضها البعض. وفي هذه العملية، تُطلق موجات جاذبية بطيئة وقوية تمنحنا فرصة لدراستها.

نفعل ذلك باستخدام مجموعة أخرى من الأجسام الكونية الغريبة: النجوم النابضة. هذه نجوم كثيفة للغاية تتكون أساساً من النيوترونات، وقد يكون حجمها بحجم مدينة لكن كتلتها ضعف كتلة الشمس.

تدور النجوم النابضة مئات المرات في الثانية. وبينما تدور، فإنها تعمل مثل منارات، تصطدم بالأرض بنبضات من الإشعاع من آلاف السنين الضوئية. وبالنسبة لبعض النجوم النابضة، يمكننا التنبؤ بموعد وصول هذه النبضة إلينا بدقة تصل إلى أجزاء من الثانية.

تستخدم كواشف الموجات الجاذبية لدينا هذه الحقيقة. إذا لاحظنا العديد من النجوم النابضة خلال نفس الفترة الزمنية، ووجدنا خطأً في توقيت وصول النبضات إلينا بطريقة محددة للغاية، فإننا نعلم أن موجة جاذبية تقوم بتمديد أو ضغط الفضاء بين الأرض والنجوم النابضة.

ومع ذلك، بدلاً من رؤية موجة واحدة فقط، نتوقع رؤية محيط كوني مليء بالموجات التي تتقاطع في جميع الاتجاهات – وهي تموجات صدى كل الاندماجات المجرة في تاريخ الكون. نسمي هذا الخلفية الموجية الجاذبية.

إشارة عالية بشكل مدهش – ونقطة ساخنة مثيرة للاهتمام

لاستشعار موجات الجاذبية الخلفية، استخدمنا تلسكوب ميركات الراديوي في جنوب أفريقيا. يُعدّ ميركات واحدًا من أكثر التلسكوبات الراديوية حساسية في العالم.

وكجزء من مجموعة توقيت النجوم النابضة النبضات في ميركات، راقب لمدة خمس سنوات تقريبًا مجموعة من 83 نجمًا نابضًا، وقام بقياس دقيق لوقت وصول نبضاتهم إلى الأرض. وقد أدى ذلك إلى اكتشافنا نمطًا مرتبطًا بموجات الجاذبية الخلفية، وإن كان يختلف قليلاً عما وجدته التجارب الأخرى.

إن هذا النمط، الذي يمثل كيفية تغير الزمان والمكان بين الأرض والنجوم النابضة بواسطة موجات الجاذبية التي تمر بينهما، أقوى مما كان متوقعًا.

وقد يعني هذا وجود عدد أكبر من الثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تدور حول بعضها البعض مما كنا نعتقد. وإذا كان الأمر كذلك، فإن هذا يثير المزيد من الأسئلة – لأن نظرياتنا الحالية تشير إلى أنه يجب أن يكون هناك عدد أقل من الثقوب السوداء فائقة الكتلة مما يبدو أننا نراه.

يُمكّننا حجم كاشفنا، وحساسية تلسكوب ميركات، من تقييم الخلفية بدقة بالغة. وقد سمح لنا هذا بإنشاء أكثر الخرائط تفصيلاً لخلفية الموجات الثقالية حتى الآن. إن رسم الخريطة للخلفية بهذه الطريقة أمر ضروري لفهم البنية الكونية لكوننا.

وقد يقودنا هذا حتى إلى المصدر النهائي لإشارات الموجات الثقالية التي نلاحظها. وفي حين أننا نعتقد أنه من المحتمل أن تنشأ الخلفية من تفاعلات هذه الثقوب السوداء الهائلة، إلا أنها قد تنبع أيضًا من تغيرات في الكون المبكر، والغني بالطاقة، بعد الانفجار العظيم – أو ربما حتى أحداث أكثر غرابة.

تُظهر الخرائط التي أنشأناها بقعة ساخنة مثيرة للاهتمام لنشاط الموجات الثقالية في سماء نصف الكرة الجنوبي. يدعم هذا النوع من عدم الانتظام فكرة خلفية تُنشأ بواسطة الثقوب السوداء فائقة الكتلة بدلاً من البدائل الأخرى.

ومع ذلك، فإن إنشاء كاشف بحجم مجرة ​​يُعدّ عمليةً معقدة للغاية، ومن السابق لأوانه القول ما إذا كان هذا حقيقياً أم مجرد شذوذ إحصائي.

لتأكيد نتائجنا، نعمل على دمج بياناتنا الجديدة مع نتائج من تعاونات دولية أخرى تحت راية مصفوفة التوقيت النابض الدولية.

ماثيو مايلز، باحث ما بعد الدكتوراه في الفيزياء الفلكية، جامعة سويبورن للتكنولوجيا و روينا ناثان، عالمة فيزياء فلكية، جامعة موناش

نُعيد نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.