بفضل تقنية التحليل الجديدة ، يجب أن تعمل القياسات الدقيقة للمسافة بين الأرض والقمر على تحسين تقديرات حجم خلفية موجة الجاذبية.
يمكن الكشف عن وابل كل موجات الجاذبية التي تضرب الأرض باستمرار في نطاق تردد ميكروهيرتز - ذبذبة واحدة تقريبًا كل بضعة أسابيع - عن طريق قياس آثارها الدقيقة على نظام الأرض والقمر. من خلال استغلال هذه الفكرة التي تعود إلى عقود ، أظهر الباحثون الآن أنه يمكن استخدام أحدث بيانات تحديد المدى بالليزر لوضع حد أعلى بشكل كبير على القوة المحتملة لهذه الموجات ، مقارنة بالتقديرات السابقة . تعد هذه التقنية بطريقة جديدة قوية لسبر موجات الجاذبية باستخدام أنظمة مدارية طبيعية ككاشفات حساسة.
يمكن أن توفر موجات الجاذبية معلومات حول بعض الأحداث الأكثر عنفًا في الكون ، بدءًا من عمليات اندماج الثقوب السوداء وحتى الانفجار العظيم ، ومع ذلك فإن الكواشف الحالية لديها بقعة عمياء بين نطاقي تردد مختلفين. يمكن للتعاون بين LIGO-Virgo-KAGRA - استنادًا إلى مقاييس التداخل بالليزر الموجودة في الولايات المتحدة وأوروبا واليابان - اكتشاف الموجات ذات الترددات في النطاق من 1 إلى 1000 هرتز. يستخدم مخطط كشف آخر إشارات دورية من النجوم النابضة لاكتشاف موجات الجاذبية النانوية (nHz) ، والتي تقابل ذبذبة واحدة كل بضع سنوات. لذلك هناك فجوة كبيرة للموجات في نظام ميكروهيرتزμHz) ، والتي يمكن إنشاؤها ، على سبيل المثال ، من خلال أزواج ثنائية من الثقوب السوداء فائقة الكتلة في المراحل المتأخرة من الدوران حول بعضها البعض قبل الاندماج.
يقول ألكسندر جنكينز من كلية لندن الجامعية: "نحن نهدف إلى سد هذه الفجوة". "الفكرة هي قياس كيفية تأثير الموجات على مدارات الأنظمة الثنائية ، بما في ذلك نظام الأرض والقمر." يقول جينكينز إن العديد من الباحثين ساعدوا في تطوير هذه الفكرة منذ السبعينيات. في أبسط الحالات ، يمكن لموجة جاذبية مستمرة لها نفس التردد مثل الحركة المدارية ، على سبيل المثال ، دفع الأجسام أقرب قليلاً من بعضها البعض في كل دورة. من خلال ظاهرة الرنين هذه ، سيتغير المدار بمرور الوقت بطريقة تعكس خصائص الموجة.
.jpg)
إذا تم ضرب جسمين مرتبطين بالجاذبية بشكل مستمر بواسطة موجات الجاذبية من جميع أنحاء الكون ، فإن مدارهما المتبادل سيتغير تدريجياً بمرور الوقت.
في عام 2013 ، أظهر لام هوي من جامعة كولومبيا وزملاؤه أن موجات الجاذبية في نطاق تردد ميكرومتر يمكن أن يكون لها تأثير محتمل على الأنظمة الثنائية . لقد أظهروا نظريًا أن الخلفية المستمرة من عدد كبير من هذه الموجات القادمة من جميع الاتجاهات يجب أن تتسبب في أن تمر الفترة والمعلمات المدارية الأخرى بمشي عشوائي وبالتالي تتغير تدريجيًا بمرور الوقت. معدل التغيير سيعكس قوة الموجات السائدة.
باستخدام بيانات من نجم نابض ثنائي - زوج من النجوم النابضة يدور حوله ، والتي تبعث إشارات دورية - حصل هوي وزملاؤه على حد أعلى للقوة المحتملة لموجات الجاذبية في فجوة μHz. الآن ، قام جينكينز ودييجو بلاس من جامعة برشلونة المستقلة بإسبانيا ، بمضاعفة هذا العمل ، موضحين أن دقة البيانات الحالية على نظام الأرض والقمر يجب أن تسمح للباحثين باشتقاق حد أعلى أصغر بكثير من ذلك المستمد من هوى وزملاؤه.
اعتمد جينكينز وبلاس على العمل السابق لتطوير شكليات رياضية ، وكذلك طرق عددية ، لمتابعة التطور العشوائي للحركة المدارية لأي نظام ثنائي خاضع لخلفية موجات الجاذبية . سمحت لهم هذه التقنيات الرياضية بعمل رابط أكثر دقة بين التغيرات المدارية وطبيعة موجات الجاذبية التي تقودهم. يقول جينكينز: "إن شكليتنا تعطي طريقة أكثر اكتمالا وصرامة لحساب جميع التأثيرات التي قد تحدثها خلفية موجة الجاذبية على نظام ثنائي معين".
في ورقة مصاحبة ، استخدم الباحثون هذه الأساليب لاقتراح مسار لخفض الحد على قوة خلفية موجة الجاذبية في "النقطة العمياء" الحالية . يجادلون بأنه يمكن القيام بذلك باستخدام قياسات المدى بالليزر للقمر لتحديد التغييرات الدقيقة في مدار الأرض والقمر ثم مقارنة هذه مع تنبؤات النظرية. النتائج ، وفقًا لتقديراتهم ، يجب أن تحسن معرفة الباحثين بالسعة المحتملة لهذه الموجات بأكثر من 100 مرة.
يقول عالم فيزياء الثقب الأسود فيتور كاردوسو من المعهد التقني الفائق ، لشبونة ، البرتغال: "هذه طريقة مثيرة وجديدة لرؤية موجات الجاذبية". "الفكرة بسيطة ، لكنها تتطلب حسابات صعبة لتنفيذها وإثبات أنها تعمل." علاوة على ذلك ، فإن هذا النهج البديل للاكتشاف يمكن أن يكشف عن مصادر موجات ثقالية غير متوقعة ، كما يقول. قد نجد أن "الكون مليء بمحتوى غامض لموجات الجاذبية."
فيما يتعلق بالخطوات التالية ، يعتقد جينكينز أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل النظري. على سبيل المثال ، "إنها ليست مجرد أنظمة ثنائية فردية - نحن بحاجة أيضًا إلى رؤية كيفية استجابة المجرات بأكملها لموجات الجاذبية" ، كما يقول.
المصدر