باستخدام أكبر كاشف لموجات الجاذبية تم صنعه على الإطلاق، أكدنا التقارير السابقة التي تفيد أن نسيج الكون يهتز باستمرار. من المرجح أن يكون هذا الضجيج الخلفي ناتجًا عن تصادمات بين الثقوب السوداء العملاقة التي تقيم في قلوب المجرات.
تظهر النتائج من كاشفنا – مجموعة من النجوم النيوترونية الدوارة بسرعة المنتشرة عبر المجرة – أن هذا ‘الضجيج الخلفي لموجات الجاذبية’ قد يكون أعلى مما كان يُعتقد سابقًا. لقد أعددنا أيضًا أكثر الخرائط تفصيلًا حتى الآن لموجات الجاذبية عبر السماء، ووجدنا نقطة ‘نشاط ساخنة’ مثيرة للاهتمام في نصف الكرة الجنوبي.
أبحاثنا نشرت اليوم في ثلاث أوراق في الإشعارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية.
تموجات في الفضاء والزمن
موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الفضاء والزمن. يتم إنشاؤها عندما تدور أشياء كثيفة وضخمة بشكل لا يصدق حول بعضها أو تصطدم ببعضها.
أكثر الأشياء كثافة وضخامة في الكون هي الثقوب السوداء، وهي بقايا نجوم ميتة. واحدة من الطرق القليلة لدراسة الثقوب السوداء هي من خلال البحث عن موجات الجاذبية التي تطلقها عندما تتحرك بالقرب من بعضها.
تمامًا مثل الضوء، تُصدر موجات الجاذبية في طيف. الثقوب السوداء الأكثر ضخامة تصدر أبطأ وأقوى الموجات – ولكن لدراستها، نحتاج إلى كاشف بحجم مجرتنا.
يمكن التقاط موجات الجاذبية عالية التردد الناتجة عن الاصطدامات بين الثقوب السوداء الصغيرة نسبيًا بواسطة كواشف على الأرض، وقد لوحظت لأول مرة في عام 2015. ومع ذلك، لم يُعثر على دليل على وجود الموجات الأبطأ والأكثر قوة حتى العام الماضي.
لقد اجتمعت عدة مجموعات من علماء الفلك حول العالم لتجميع كواشف موجات الجاذبية على نطاق مجري من خلال مراقبة سلوك مجموعات من أنواع معينة من النجوم. تجربتنا، MeerKAT Pulsar Timing Array، هي الأكبر من بين هذه الكواشف على نطاق مجري.
اليوم، أعلنا عن مزيد من الأدلة على موجات الجاذبية ذات التردد المنخفض، ولكن مع بعض الاختلافات المثيرة مقارنةً بالنتائج السابقة. في ثلث الوقت فقط مقارنةً بالتجارب الأخرى، وجدنا إشارة تشير إلى كون أكثر نشاطًا مما كان متوقعًا.
لقد تمكنا أيضًا من رسم خريطة للهندسة الكونية التي خلفتها المجرات المتصادمة بدقة أكبر من أي وقت مضى.
الثقوب السوداء، المجرات والنجم القافز
في مركز معظم المجرات، يعتقد العلماء، أن هناك جسماً هائلاً يُعرف باسم ثقب أسود فائق الكتلة. على الرغم من كتلتها الضخمة – التي تعادل مليارات المرات كتلة شمسنا – فإن هذه العمالقة الكونية يصعب دراستها.
كان الفلكيون يعرفون عن الثقوب السوداء الفائقة الكتلة لعقود، لكنهم لم يشاهدوا واحدة مباشرة لأول مرة في عام 2019.
عندما تندمج مجرتان، تبدأ الثقوب السوداء في مراكزهما بالتدوير نحو بعضها البعض. في هذه العملية، تطلق موجات جاذبية بطيئة وقوية تتيح لنا فرصة لدراستها.
نقوم بذلك باستخدام مجموعة أخرى من الأجسام الكونية الغريبة: نباضات. هذه نجوم كثيفة للغاية تتكون أساساً من النيوترونات، والتي قد تكون بحجم مدينة ولكنها أثقل من الشمس بمقدار الضعف.
“
النباضات تدور مئات المرات في الثانية. بينما تدور، تعمل كالمشاعل، تضرب الأرض بومضات من الإشعاع من آلاف السنين الضوئية بعيدًا. بالنسبة لبعض النباضات، يمكننا توقع متى يجب أن تصطدم تلك الومضة بنا بدقة تصل إلى النانوثانية.
تستفيد كواشف موجات الجاذبية لدينا من هذه الحقيقة. إذا راقبنا العديد من النباضات على مدى نفس الفترة الزمنية، وإذا كنا مخطئين بشأن متى تصطدم بنا الومضات بطريقة محددة جدًا، فإننا نعلم أن موجة جاذبية تشد أو تضغط الفضاء بين الأرض والنباضات.
ومع ذلك، بدلاً من رؤية موجة واحدة فقط، نتوقع رؤية محيط كوني مليء بالموجات التي تتقاطع في جميع الاتجاهات – تموجات صداها من جميع الاندماجات المجرية في تاريخ الكون. نحن نسمي هذا خلفية موجات الجاذبية.
إشارة عالية الصوت بشكل مدهش – و’نقطة ساخنة’ مثيرة للاهتمام
”
لكشف خلفية موجات الجاذبية، استخدمنا تلسكوب MeerKAT الراديوي في جنوب أفريقيا. يعتبر MeerKAT واحدًا من أكثر التلسكوبات الراديوية حساسية في العالم.
كجزء من مجموعة توقيت النجوم النابضة الخاصة بـ MeerKAT، كان يقوم بمراقبة مجموعة من 83 نجم نابض لمدة خمس سنوات تقريبًا، حيث يقيس بدقة متى تصل نبضاتهم إلى الأرض. وقد أدى ذلك إلى اكتشاف نمط مرتبط بخلفية موجات الجاذبية، لكنه مختلف قليلاً عما وجدته التجارب الأخرى.
النمط، الذي يمثل كيف تتغير المسافة والزمن بين الأرض والنجوم النابضة بفعل موجات الجاذبية المارة بينها، أقوى مما كان متوقعًا.
قد يعني هذا أن هناك المزيد من الثقوب السوداء الضخمة التي تدور حول بعضها البعض أكثر مما كنا نعتقد. إذا كان الأمر كذلك، فإن هذا يثير المزيد من الأسئلة – لأن نظرياتنا الحالية تشير إلى أنه يجب أن يكون هناك عدد أقل من الثقوب السوداء الضخمة مما يبدو أننا نشاهده.
حجم كاشفنا، وحساسية تلسكوب MeerKAT، تعني أننا يمكننا تقييم الخلفية بدقة عالية. وقد سمح لنا ذلك بإنشاء أكثر الخرائط تفصيلاً لخلفية الموجات الثقالية حتى الآن. إن رسم الخلفية بهذه الطريقة أمر ضروري لفهم البنية الكونية لكوننا.
قد يقودنا ذلك حتى إلى المصدر النهائي لإشارات الموجات الثقالية التي نلاحظها. بينما نعتقد أنه من المحتمل أن الخلفية تنشأ من تفاعلات هذه الثقوب السوداء الضخمة، إلا أنه قد يكون أيضاً ناتجاً عن تغيرات في الكون المبكر، النشيط بعد الانفجار العظيم – أو ربما حتى أحداث أكثر غرابة.
تظهر الخرائط التي أنشأناها نقطة ساخنة مثيرة لنشاط موجات الجاذبية في سماء نصف الكرة الجنوبي. تدعم هذه النوعية من الشذوذ فكرة وجود خلفية أنشأتها ثقوب سوداء هائلة بدلاً من بدائل أخرى.
ومع ذلك، فإن إنشاء كاشف بحجم المجرة أمر معقد للغاية، ومن المبكر جدًا القول ما إذا كان هذا حقيقيًا أم مجرد شذوذ إحصائي.
لتأكيد نتائجنا، نعمل على دمج بياناتنا الجديدة مع نتائج من تعاونات دولية أخرى تحت شعار مجموعة توقيت النبضات الدولية.
ماثيو مايلز، باحث ما بعد الدكتوراه في علم الفلك، جامعة سوينبرن للتكنولوجيا و روينا ناثان، عالمة فلك، جامعة موانش
تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.
المصدر: المصدر