چهار راز بزرگ کیهان‌شناسی که امواج گرانشی می توانند آن ها را آشکار کنند

در روز ۱۱ فوریه، رصدخانه ی تداخل سنج لیزری امواج گرانشی (لیگو، LIGO) خبر شناسایی امواج گرانشی را اعلام کرد، چین و شکن های فضازمان که در پی جابجایی اجرام بزرگ پدید می آیند.

این خبر شور و هیجانی در میان فیزیکدانان و اخترشناسان سرتاسر جهان به پا کرد. و اکنون همگی سخت سرگرم آماده سازی برای بهره برداری از پنجره ی تازه ای که به جهان هستی گشوده شده هستند.

سیگنال ویژه ای که به این یافته انجامید و در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵ توسط دانشمندان لیگو دریافت شد، از برخورد و ادغام دو سیاهچاله پدید آمده بود که هر یک حدود ۳۰ برابر خورشید جرم داشتند. این بی درنگ پاسخ یکی از پرسش هایی که اخترشناسان از پیش داشتند را داد: تا پیش از رسیدن این سیگنال، باور قطعی به وجود چنین سیاهچاله هایی نبود و بحث و گفتگوهای بسیاری درباره ی آن ها جریان داشت. رصدهای بیشتر می تواند درباره ی چنین اجرام شگفت انگیزی از جمله ستارگان نوترونی و ابرنواخترها رازهای بیشتری را آشکار کند.

پنجره ای تازه به جهان هستی

ولی این تنها آغاز کار است. امواج گرانشی به ما امکان خواهد داد فیزیک بنیادی را بررسی کنیم و یا حتی شاید بتوانیم به نخستین لحظه های کیهان بنگریم. اکنون دوران اخترشناسی امواج گرانشی دارد فرا می رسد و پرسش های بسیاری پاسخ خود را خواهند یافت. در اینجا به چهار راز کیهان شناسی می پردازیم که شاید سرانجام در این دوران گره از آن ها گشوده شود.

۱- انرژی تاریک

اَوی لوب از دانشگاه هاروارد می گوید با دریافت چند مورد سیگنال موج گرانشی و کنار هم گذاشتن آنها می توانیم بینش هایی درباره ی تاریخ و همنهش ساختار کل کیهان به دست آوریم. برای نمونه، آمیختن سیگنال های چند ادغام سیاهچاله ای می تواند به درک سرشت انرژی تاریک که عامل شتاب گسترش کیهان است کمک کند.

از روی "شکل" سیگنال (شیوه ی فراز و نشیب بسامد و دامنه ی آن) می توانیم بزرگی سیاهچاله های ادغام شده را اندازه گرفته، و شدت نیروی رویداد در سرچشمه ی آن را بسنجیم. مقایسه ی نیروی واقعی رویداد و نوسان ضعیفی که لیگو آشکار کرده می تواند فاصله ی رویداد از زمین را به ما بگوید. با افزوده شدن رصدهای تلسکوپ های معمولی به این مشاهدات، می توانیم بفهمیم که در مدت زمانی که این امواج در راه بوده اند تا به زمین برسند، فضا چگونه گسترده شده، و از این راه به سنجشی از تاثیر انرژی تاریک بر فضا دست بیابیم.

به گفته ی لوب، این سنجش می تواند نیرومندتر و اعتمادپذیرتر از هر چه تاکنون داشته ایم و در این راه از آن بهره می گرفتیم باشد. دیدن تنها چند ادغام سیاهچاله ای همه چیز را تغییر خواهد داد: «اگر بشود ده تا از آن ها را ببینیم، شاخه ای تازه در کیهان‌شناسی پدید خواهد آمد.»

۲- اصل هم ارزی

دسته ی دیگری از پژوهشگران امیدوارند بتوانند با بهره از سیگنال های امواج گرانشی، نظریه ی نسبیت عام اینشتین را به روش هایی دقیق تر بیازمایند. یک راه برای آزمودن آن اصل هم ارزی است، پنداشتی که می گوید تاثیر گرانش بر همه ی اجسام به یک گونه است.

زوفنگ وو از رصدخانه ی کوه بنفش در نانجینگ چین می گوید: «این در عصر GPS و سفرهای فضایی که خطاهای ناچیز از نظریه ی گرانش می تواند پیامدهای بزرگ داشته باشد، از اهمیت بسیاری برخوردار است.»

ارمینیا کالابرِسه، اخترشناس دانشگاه آکسفورد، امواج گرانشی را به چشمِ راهی برای بررسی این می داند که آیا گرانش در مسافت های بسیار، همان گونه که نسبیت پیش بینی کرده رفتار می کند یا نه.

وی می گوید: «اگر شدت آن ها به گونه ی غافلگیرکننده ای با فاصله کاهش یافته باشد می توانیم با داده های آینده ی لیگو این را شناسایی کنیم.»

۳- پَندام (تورم) کیهانی

پیروزی لیگو می تواند راهگشای ساخته شدن آشکارسازهای امواج گرانشی بیشتری در سرتاسر جهان شود. آشکارسازهای حس‌مندتر که با طول موج هایی کوتاه تر از لیگو کار کنند می توانند به ما امکان دهند امواج گرانشیِ آغازین که از کیهان بسیار جوان آمده اند را آشکار کنیم. این امواج می بایست در دوران پندام تولید شده باشند. پندام کیهانی یا تورم کیهانی رشد سهمگین و ناگهانی کیهان در نخستین لحظه های پس از مهبانگ بود.

این امواج بر خلاف فوتون ها و دیگر تابش های الکترومغناطیسی، آزادانه در کیهان نوزاد به پیش می رفتند. ما امروزه تنها می توانیم تا ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ به عقب برگشته و کیهان را ببینیم، زیرا تا پیش از آن، جهان هستی مات و ناگذرا بود و هیچ تابشی را از خود نمی گذراند [بخوانید: * ساخته شدن جهان کمی بیش از ۶ روز طول کشید].

دیان استویکوویچ از دانشگاه ایالتی نیویورک در بوفالو می گوید: «ما دیگر باید بتوانیم تا حدود مهبانگ را ببینیم.» خود لیگو توان دریافت چنین نوسان هایی را ندارد ولی پیروزیش امیدواری هایی را به وجود آورده که آزمایشگاه های آینده بتوانند این نوسان ها را نیز آشکار کنند.. استویکوویچ می گوید: «اکنون که می دانیم امواج گرانشی وجود دارند، قانع کردن مردم برای سرمایه گذاری و ساختن همه گونه آشکارساز امواج گرانشی بسیار ساده تر خواهد بود.»

۴- نظریه ی یگانگی بزرگ

امواج گرانشی شاید حتی نشانگر راهی به سوی نظریه ی یگانگی بزرگ کیهان باشند. مدل ها پیش بینی می کنند که در نقطه ای از تاریخ کیهان، همه ی چهار نیروی بنیادی با هم یکی شده و یک نیروی یگانه را ساخته بودند (یگانگی یا وحدت بزرگ). با گسترش و سرد شدن کیهان، این نیروها در رشته رویدادهایی که شناخت چندانی از آن ها نداریم از هم جدا شدند.

استویچکوویچ می گوید: «آشکارسازی امواج گرانشی در طول موج های بسیار کوتاه تر می تواند این رویدادها را بررسی کند.»

به باور یکی از اعضای گروه لیگو به نام دانیل هولتز از دانشگاه شیکاگو، این تازه آغاز راهست. وی می گوید: «هر زمان که پنجره ای را به جهان هستی گشوده ایم، با همه گونه چیزهای نامنتظره روبرو شده ایم. من که اگر غافلگیر نشوم تعجب خواهم کرد.»

-------------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

Laser Interferometer Gravitational-Wave observatory - LIGO - gravitational wave - black hole - sun - neutron star - supernova - fundamental physics - cosmology - Avi Loeb - Harvard University - dark energy - frequency - amplitude - Einstein - general relativity - equivalence principle - gravity - GPS - XueFeng Wu - Purple Mountain Observatory - Erminia Calabrese - University of Oxford - wavelength - cosmic inflation - big bang - photon - electromagnetic radiation - Dejan Stojkovic - State University of New York - grand unified theory - fundamental force - Daniel Holz - University of Chicago

منبع: newscientist

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان