امواج گرانشی: نشانه‌ها، ادعاها و ناگفته‌ها
.webp)
مجله علمی ایلیاد - تداخل‌سنج لیزری رصدخانه‌ی امواج گرانشی یا LIGO (لیگو)، در فوریه‌ی سال ۲۰۱۶ با اعلام خبر برخورد دو سیاه‌چاله که در دسامبر سال ۲۰۱۵ مشاهده شده بود، دوره‌ی اخترشناسی امواج گرانشی را آغاز کرد.
«ژاکلین رید»، فیزیکدان دانشگاه ایالتی کالیفرنیا، در حین سخنرانی خود در نشست سالانه‌ی لیگو، به شوخی گفت: «من موظف شده‌ام برای حداقل یک سال در هر گفتگو، چیزی در مورد آشکارسازی اصلی لیگو بگویم.»
همکاری علمی که دو آشکارساز لیگو را راه‌اندازی کرد، امواج گرانشیِ دومین ادغام بین دو ساه‌چاله‌ی کوچکتر را در ۲۶ دسامبر ۲۰۱۵ به دام انداخت. سومین جرقه، درون داده‌های لیگو در ۱۲ اکتبر ۲۰۱۵ مشاهده شد. اما در نهایت، استاندارد آماری Five-Sigma که اساساً فیزیکدانان به آن تکیه می‌کنند را دارا نبود.
سپس آشکارسازها در ژانویه ۲۰۱۶، جهت اعمال یک سری تغییرات و به‌روزرسانی، در حالت غیرفعال قرار گرفتند. دور دوم مشاهدات در ۳۰ نوامبر آغاز شد، اما به دلیل خاموش‌شدن ناگهانی ناشی از آب و هوا و سایر موانع پشتیبانی، این دو آشکارساز تنها ۱۲ روز مانده به نشست سالانه به‌طور همزمان راه‌اندازی شدند. این اتفاقات، قدرت آماری آزمایش‌ها را محدود کرد. در نهایت، اعضای گروه در نشست سالانه اعلام کردند که هیچ آشکارسازیِ جدیدی ندارند که آن را به اطلاع عموم برسانند.
در عوض دانشمندان تمرکز خود را بر روی تقویت تخمین‌های تئوری گذاشتند. تخمین اینکه هر چند وقت یک‌بار رویدادهای مختلف اتفاق می‌افتد. آن‌ها مخصوصاً مشتاق بودند، برخورد ستاره‌های نوترونی را ببینند. ستاره‌هایی که فاقد جرم کافی برای رُمبش و تبدیل شدن به سیاه‌چاله هستند. تصور می‌شود، برخورد بین ستاره‌های نوترونی به وفور اتفاق می‌افتد؛ اما امواج گرانشی ضعیف‌تری را نسبت به ادغام سیاه‌چاله‌های پُرجرم‌تر ساطع می‌کند. بنابراین مقدار حجمی که آشکارسازهای لیگو می‌توانند برای چنین رویدادهایی ثبت کنند، کمتر است.
رید می‌گوید: «حتی با به‌روزرسانی‌های جدیدِ انجام شده، عدم آشکارسازی ستاره‌های نوترونی ادغام شده در طی رصد‌های فعلی، مدل‌های موجود را رد نمی‌کند.» اما او اضافه کرد که: «با پیشرفت‌های آینده و انتظارات زیادی که از Virgo (آشکارسازی شبیه لیگو که در کاسکینای ایتالیا قرار دارد) داریم، ستاره‌های نوترونی می‌بایست به‌زودی از مخفی‌گاه خود خارج شوند. ما انتظار داریم با مقداری ظرفیت و زمان بیشتر، بتوانیم اظهارات اخترفیزیکی جالب توجهی را ارائه دهیم.»
دانشمندان لیگو، همچنین منتظر سیگنال‌هایی از پالسارهای منفرد هستند (نوعی از ستاره‌های نوترونی که با سرعت زیادی به دور خود می‌چرخند و از زمین به شکل پالس‌های امواج رادیویی مشاهده می‌شوند). «میشل لندری»، مدیر رصدخانه‌ی لیگو در هانفورد می‌گوید: «تپش‌های سطح پالسار‌ها، می‌بایست امواج گرانشی تولیدکنند؛ اما تاکنون هیچ موجی با شکل صحیح به دست نیامده است. این فقدان، محدودیت‌هایی برای اندازه‌ی هرگونه آشفتگی در شدت امواج گرانشیِ پالسارهای نزدیک، مثل پالسارهای «خرچنگ و وِلا» ایجاد می‌کند و به زودی این محدودیت‌ها می‌توانند برای مسافت‌های بیشتر نیز ایجاد شود.»
ارائه‌دهندگان، چند نکته را درمورد هیجان‌های ممکن از قلم انداختند. داده‌های لیگو، تا پایان ژانویه گرفته شد. این داده‌ها دو سیگنال کوتاه تولید کردند که به اندازه‌ی کافی غیر‌عادی بودند که بتوانند از آستانه‌ی «هشدار خطا»ی آزمایش تجاوز کنند. سیگنالها شکل و شدتی داشتند که انتظار می‌رفت به‌طور تصادفی یک‌بار در ماه و یا کمتر مشاهده شوند. اعضای پروژه‌ی لیگو و ستاره‌شناسان هر دو گروه محقق در این تحقیق، با تلسکوپ‌های معمولی داده‌ها را بررسی می‌کردند تا مشخص کنند که آیا این داده‌ها مربوط به یک رویداد واقعی است یا خیر؟
در حال حاضر رویدادهای پنهانی همچنان ادامه خواهند داشت تا توسط اعضای گروه به‌دقت بررسی شوند و ماه‌ها پس از آشکارسازی اصلی منتشر شده و به اطلاع عموم رسانده شوند. اما رهبران لیگو انتظار دارند، هرچه آشکارسازی‌ها به دفعات بیشتر انجام شود، زمان این تأخیر نیز کوتاه‌تر می‌شود. شاید سرانجام، به‌روزرسانی اطلاعات به‌صورت ماهانه انجام گیرد. «گابریلا گونزالز» سخنگوی لیگو که فیزیکدان دانشگاه ایالتی لوییزیانا در باتن‌روگ است، می‌گوید: «امیدواریم بتوانیم این کار را سریع‌تر انجام دهیم.»
لیگو، تنها وسیله‌ای نیست که دانشمندان با استفاده از آن، به دنبال آشکارسازی امواج گرانشی هستند. تعدادی از دانشمندان از تلسکوپ‌های رادیویی بسیار قوی، برای ردیابی سیگنال‌هایی استفاده می‌کنند که از پالسارهای چرخان سریع ناشی می‌شود. وجود یک الگوی خاص مرتبط با تپش‌های کوچک در زمان رسیدن پالس‌ها، نشانه‌ای از امواج گرانشی با طول موج بلند خواهد بود که از ادغام سیاه‌چاله‌های اَبَرپرجرم انتظار می‌رود.
گروه‌هایی در آمریکا، اروپا و استرالیا، پالسارهایی را در مدت بیش از ده سال تحت نظر گرفته‌اند که تاکنون نتیجه‌ی مثبتی نداشته است. اما در یک گفتگو، «لورا سمپسون» از دانشگاه نورث وسترن در اوانستون، نکاتی درباره‌ی سیگنال‌های جالب اعلام کرده است. سمپسون و دیگر دانشمندان توسط یک پیمان همکاری به نام NANOGrav، داده‌هایی که در طی ۱۱ سال از ۱۸ پالسار به وسیله‌ی تلسکوپ Green Bank در ویرجینیای غربی و تلکسوپ Arecibo در پورتوریکو گرفته شده بود را با هم ادغام کرده و نتایجی با معنای آماری حدود ۱.۵ تا ۲ سیگما را به‌دست آوردند. سمپسون می‌گوید: «این اولین نشانه‌ای است که ما تاکنون داشته‌ایم، اینکه ممکن است سیگنالی در داده‌ها وجود داشته باشد. تمام کارهایی که ما در گذشته انجام داده بودیم، به محدودیت‌ها سر و سامان داد.»
از آنجا که NANOGrav همچنان به جمع‌آوری داده‌ها مشغول است، سیگنالها می‌توانند به سمت استاندارد طلایی سیگما ۵ افزایش یابند و یا اینکه ناپدید شوند. سمپسون و همکارانش امیدوارند، یک یا دو سال آینده به جواب برسند. این خبر قطعاً هیجان‌انگیز خواهد بود.
نوشته: گابریل پاپکین
ترجمه: فاطمه صفایی – مجله‌ی علمی ایلیاد