آشکار سازی مستقیم امواج گرانشی برای اولین بار

در یکصدمین سالگرد انتشار مقاله نسبیت عام انیشتین، آشکارساز لایگو (LIGO) برای اولین بار موفق به آشکارسازی مستقیم امواج گرانشی ناشی از برخورد دو سیاهچاله شد.  جرم تقریبی این دو سیاهچاله ۲۹ و ۳۶ برابر جرم خورشید بوده است که در اثر ادغام آنها سیاهچاله‌ای با جرم ۶۲ برابر جرم خورشید تشکیل شده است و انرژی ساطع شده در بخش امواج گرانشی معادل حدود سه برابر جرم خورشید است. این انرژی تنها در دو دهم  ثانیه رها شده است، به طوریکه قله درخشندگی آن معادل حدود ۲۰۰ برابر جرم خورشید در ثانیه است.

LIGO GW150914
نمودار امواج گرانشی ناشی از برخورد دو سیاه‌چاله توسط دو آشکار ساز LIG

رصدخانه لایگو شامل دو تداخل‌سنج بسیار دقیق است که در دو ناحیه هانفورد در ایالت واشنگتن (شمال غرب آمریکا) و لیوینگستون در ایالت لوییزیانا (جنوب شرق آمریکا) قرار گرفته‌اند تا علاوه بر تایید همبستگی نتایج جهت چشمه امواج را نیز تخمین بزنند. این پروژه توسط کیپ تورن و رونالد درور از موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) و رینر وایس از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در سال ۱۳۷۰ (۱۹۹۲ م.) پایه گذاری شد. هر تداخل‌سنج از دو بازوی ۴ کیلومتری عمود بر هم تشکیل شده است. سه آینه معلق در انتهای این بازو‌ها نور لیزر ۲۰ واتی را که در محیط خلاء (زیر یک میکرو پاسکال یا (۸-)^۱۰ تور) مسیر رفت و  برگشت را ۷۵ بار طی می‌کند (معادل ۱۰۰ کیلووات)، منعکس می‌کنند و در نتیجه طرح تداخلی تشکیل می‌شود. در اثر عبور موج گرانشی فاصله آینه‌ها در یک بازو کم و در بازوی دیگر زیاد می‌شود و در نتیجه اختلاف فازی در نور دو بازو پدید می‌آید و طرح تداخلی آن تغییر می‌کند.

در فاز اولیه این پروژه در سال‌های ۱۳۸۰ تا ۱۳۸۸ امواج گرانشی مشاهده نشد، اما با ارتقا آن به لایگو پیشرفته که با افزایش یک مرتبه‌ای حساسیت آن به سطح تغییرات نسبی از مرتبه (۲۲-)^۱۰ (در بازه بسامدی ۱۰ تا ۱۰۰۰ هرتز) همراه بود، جستجوی جدید خود را از بهمن سال ۱۳۹۴ آغاز کرد. بالاخره در ساعت ۹:۵۰:۴۵ صبح  ۲۳ شهریور ۱۳۹۴ (۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵) اولین رویداد ناشی از امواج گرانشی  (موسوم به GW150914)   ابتدا توسط آشکارساز لیوینگستون و ۷ میلی ثانیه بعد توسط آشکارساز هانفورد  با معناداری آماری بیش از ۵ سیگما ثبت شدند که مطابق امواج حاصل از برخورد دو سیاهچاله به فاصله حدود ۱.۳ میلیارد سال نوری (۴۰۰ مگاپارسک یا انتقال به سرخ ۰.۹) از زمین بر اساس نظریه نسبیت عام است. نتایج حاصل از این کشف در مجله فیزیکال ریویو لترز تحت عنوان «رصد امواج گرانشی از ادغام یک سیاهچاله دوتایی» به چاپ رسیده است.

این کشف دریچه‌ای جدید به سوی نجوم ، کیهان و گرانش می‌گشاید. علاوه بر آن یکی از دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های بشر است.  این موفقیت حاصل بیش از سه دهه تلاش مستمر و خستگی ناپذیر است. این دستاورد را به گروه لایگو تبریک می‌گوییم.

3 دیدگاه در “آشکار سازی مستقیم امواج گرانشی برای اولین بار”

  1. با سلام و تشکر،
    ایا دستاوردهای اینچنینی میتواند در گشایش رمز چگونگی پدید امدن کیهان موثر باشد؟
    دیگر آنکه ممکن است به مطلبی علمی و در عین حال کمتر تخصصی ارجاع داده شود؟

  2. سلام

    آنچه کشف شده مربوط به امواج گرانشی حاصل از برخورد دو سیاهچاله با جرم چند ده برابر جرم خورشید است. مشاهدات نظریه نسبیت عام را رد نکرده است (هیچ آزمونی نظریه‌ای را تایید نمی‌کند) و در چنین محدوده‌ای از انرژی و گرانش عظیم (که تا کنون آزمون مستقیمی وجود نداشت) دستاورد بزرگی است. اما بسامد یا طول موج این امواج گرانشی قابل مقایسه با امواج گرانشی که در ابتدای کیهان بوجود آمده‌اند (یا انتظار داریم بوجود آمده باشند) قابل مقایسه نیست. شاید روزی به چنین فناوری دست پیدا کنیم که آن امواج را نیز به طور مستقیم آشکار کنیم (مانند BBO)، اما در حال حاضر روش‌های غیر مستقیم مانند بررسی قطبش تابش زمینه کیهانی و یا تغییر بسامد امواج رادیویی تپ‌اختر‌ها آسان‌تر است (مانند EPTA یا IPTA).
    برای مشاهده مقالات ترویجی با زبان فارسی پیوند‌های زیر را دنبال کنید:
    مقاله پوریا ناظمی
    مقاله مهدی صارمی فر در روزنامه شرق
    مقاله مژگان آزادی در وبگاه اسطرلاب

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.