کد خبر: 143
تاریخ انتشار: ۲۵ بهمن ۱۳۹۴
تعداد بازدید: [totalcount]
در صدمین سالگرد پیش بینی امواج گرانشی توسط اینیشتن، بالاخره این امواج آشکارسازی شد.

آشکارسازی امواج گرانشی

  در سال 1916 اینیشتن چند ماه بعد از فرمولبندی نهایی نسبیت عام، امواج گرانشی را پیش بینی کرد. او نشان داد که اختلالات ضعیف در متریک فضا-زمان در خلاء با سرعت نور منتشر می شود. در نسبیت عام، گرانش عامل تعیین کننده انحنای فضا-زمان است. وقتی اجرام سنگین در فضا-زمان حرکت می کنند، در واکنش به تغییر مکان این اجسام، انحنای فضا-زمان تغییر می کند. اجرامی که حرکت شتابدار داشته و حرکت آن ها تقارن کروی یا استوانه ای کامل نداشته باشد، می توانند امواج گرانشی را تابش کنند، از آن جمله می توان به دوتایی ها، ابرنواخترها، تپ اخترها، منابع احتمالی ماده تاریک و ... اشاره کرد. قویترین منابع امواج گرانشی تنها می توانند به اندازه 0/001 قطر یک پروتون در فضا-زمان اعوجاج ایجاد کنند، پس آشکارسازی آن ها فوق العاده پیچیده است. از آن جایی که آشکارسازی این امواج مهر تاییدی بر نسبیت عام اینیشتن می باشد، سال هاست که اثبات آن فیزیک دانان را به خود مشغول داشته است. بعد از معرفی امواج گرانشی توسط اینیشتن تا 40 سال هیچ کار جدی در زمینه آشکار سازی آن ها صورت نگرفت. در سال 1960 جستجو برای پیدا کردن این امواج توسط جوزف وبر آغاز شد و بعد از یک دهه تلاش او اعلام کرد که آشکارسازهای او توسط امواج گرانشی برانگیخته شده اند. طی یک دوره 6 ساله 15 گروه تحقیقاتی در سراسر جهان حتی با افزایش حساسیت آشکارسازها سعی کردند تلاش وبر را تایید کنند که موفق نشدند. در سال 1974 تیلور و هانس یک پولسار دوتایی (نوع خاصی از ستاره های نوترونی) را کشف کردند که دوره تناوب این دوتایی در اثر تابش امواج گرانشی سالانه حدود 76/5 میکروثانیه کاهش می یافت و بسیار با پیشگویی های نظری در تطابق بود. از آن پس تلاش ها برای آشکارسازی مستقیم این امواج با ساخت تداخل سنج های لیزری به شدت گسترش یافت.

  رصدخانه موج گرانشی تداخل سنج لیزری (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) یا به اختصار LIGO ، یک آزمایشگاه بزرگ فیزیک و رصدخانه ای برای آشکارسازی امواج گرانشی است که در سال 1992 تاسیس شد. بیش از 900 دانشمند و 44000 عضو فعال از مراکز و دانشگاههای معتبر جهان در این پروژه عظیم، همکاری دارند و تاکنون بیش از 620 میلیون دلار برای آن سرمایه گذاری شده است. LIGO شامل سه آشکارساز است، یکی از آن ها در لیوینگستون و دوتای دیگر در هانسفورد واقع در واشنگتن می باشد. فاصله این دو رصدخانه در حدود 3030 کیلومتر است و چون امواج گرانشی با سرعت نور جابجا می شوند در زمان ده میلی ثانیه می توانند بین این دو رصدخانه جابجا شوند.

                                                                           

  به دلیل ضعیف بودن شدت امواج گرانشی در زمین، مهمترین موضوع آشکارسازی امواج گرانشی، ثبت تغییرات فاصله آینه هایی که در فاصله ۴ کیلومتری قرار گرفته اند از مرتبه یک هزارم ابعاد یک پروتون است. در فاصله سال های 2002 تا 2010 تلاش های زیادی در این رصدخانه صورت گرفت ولی متاسفانه موفق به آشکارسازی امواج گرانشی نشدند. چند سالی پروژه تعطیل شده و در این زمان به بهینه کردن شرایط آشکارسازها پرداختند. تا این که بالاخره در 14 سپتامبر 2015  دو آشکارساز آن ها توانستند به طور همزمان یک سیگنال موج گرانشی را مشاهده کنند. موج مشاهده شده در بسامدهای 35 تا 250 هرتز با یک قله 21-10*1/0 می باشد که منطبق بر شکل موج پیش بینی شده توسط نسبیت عام برای ادغام یک جفت سیاهچاله است. جرم سیاهچاله ها در حدود 30 برابر جرم خورشید است که در فاصله حدود 400 مگا پارسکی از ما قرار گرفته اند.

                                                                             

  در شکل می توانیم سیگنال آشکار شده توسط آشکارساز LIGO و نمایشی ازچگونگی ترکیب شدن سیاه چاله ها و سیگنال مورد انتظار را ببینیم.

  اطلاعات کاملتری از این کشف بزرگ در مقاله ای تحت عنوان "مشاهده امواج گرانشی ناشی از ادغام یک سیاهچاله دوتایی"  در مجله PHYSICAL REVIEW LETTERS در تاریخ 11 فوریه  2016 به چاپ رسیده است.