يقول علماء الفلك إنهم وجدوا أول دليل على شكل طويل النظرية من موجات الجاذبية التي تخلق “طنينًا في الخلفية” يتردد في جميع أنحاء الكون.
النتائج ، التي تم الكشف عنها يوم الأربعاء ، هي نتاج سنوات من العمل لمئات العلماء باستخدام التلسكوبات الراديوية في أمريكا الشمالية وأوروبا والصين والهند وأستراليا ، وتم الترحيب بها باعتبارها اختراقًا مهمًا يفتح نافذة جديدة على الكون.
توقع ألبرت أينشتاين لأول مرة منذ أكثر من قرن من الزمان ، أن موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الكون تنتقل عبر كل شيء بسرعة الضوء دون عوائق تقريبًا.
لم يتم تأكيد وجودهم حتى عام 2015 ، عندما اكتشفت المراصد في الولايات المتحدة وإيطاليا موجات الجاذبية الأولى الناتجة عن اصطدام ثقبين أسودين.
كانت هذه الموجات “عالية التردد” نتيجة حدث عنيف واحد أرسل دفعة قوية وقصيرة باتجاه الأرض.
لكن على مدى عقود ، كان العلماء يبحثون أيضًا عن موجات جاذبية منخفضة التردد ، يُعتقد أنها تتدحرج باستمرار في الفضاء مثل ضوضاء الخلفية.
قد تستغرق هذه التموجات البطيئة سنوات أو حتى عقودًا للدوران لأعلى ولأسفل ، وربما تأتي من بعض أكبر الأجسام في عالمنا: الثقوب السوداء الهائلة التي تبلغ كتلتها مليارات المرات من كتلة الشمس.
وبتوحيد القوى تحت راية اتحاد مصفوفة توقيت النجم النابض ، وجد العلماء أخيرًا دليلًا قويًا على موجات الخلفية هذه.
وقال مايكل كيث من مصفوفة توقيت بولسار الأوروبي لوكالة الأنباء الفرنسية: “نحن نعلم الآن أن الكون مليء بموجات الجاذبية”.
استخدام النجوم الميتة كساعات
عندما تنتقل موجات الجاذبية عبر الفضاء ، فإنها تضغط بمهارة شديدة وتمدد كل شيء تمر من خلاله.
للعثور على دليل على هذا الضغط والتمدد عند الترددات المنخفضة ، نظر علماء الفلك إلى النجوم النابضة ، وهي النوى الميتة للنجوم التي انفجرت في مستعر أعظم. يدور البعض مئات المرات في الثانية ، ويومض حزم من موجات الراديو على فترات منتظمة للغاية ، مثل المنارات الكونية.
قال كيث إن هذا يعني أنها يمكن أن تكون بمثابة “ساعة دقيقة للغاية”.
بالنسبة للبحث الجديد ، كانت التلسكوبات الراديوية حول العالم تستهدف ما مجموعه 115 نجمًا نابضًا في جميع أنحاء مجرة درب التبانة.
ثم قام العلماء بقياس الفروق الصغيرة بشكل لا يصدق في توقيت النبضات ، بحثًا عن علامات منبهة لموجات الجاذبية. قال عالم الفيزياء الفلكية الفرنسي أنطوان بيتيتو إنهم تمكنوا من “اكتشاف التغيرات التي تقل عن جزء من المليون من الثانية على مدى أكثر من 20 عامًا”.
قال العلماء إن الأدلة المبكرة كانت متوافقة مع نظرية النسبية لأينشتاين وفهم العلم الحالي للكون.
قالت مورا ماكلولين من برنامج Pulsar Search Collaboratory الأمريكي إنهم كانوا “مذهولين” بعد رؤية أول دليل على الموجات في عام 2020.
وقالت في مؤتمر صحفي “لقد كانت حقا لحظة سحرية”.
لكن العلماء أكدوا أنهم لم “يكتشفوا” الموجات بعد بشكل نهائي لأنها لم تصل إلى مستوى اليقين المعياري الذهبي الخمس سيجما. تشير خمسة سيجما إلى أن هناك احتمال واحد في المليون لشيء ما أن يكون حظًا إحصائيًا.
قال كيث: “نحن محبطون للغاية من العلامة” ، مضيفًا أن هناك احتمالية بنسبة 99 في المائة أن تشير الأدلة إلى موجات الجاذبية.
قامت كل دولة أو مجموعة في الاتحاد بنشر أبحاثها بشكل منفصل في مجموعة من المجلات.
قال ستيف تيلور ، رئيس مرصد NANOGrav للموجات الثقالية في أمريكا الشمالية ، إنه بمجرد دمج جميع البيانات ، يمكن الوصول إلى علامة سيجما الخمسة في غضون عام أو عامين.
النظرية الرائدة هي أن الموجات تأتي من أزواج من الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مركز المجرات التي تندمج ببطء. على عكس تلك التي تسببت في موجات الجاذبية المكتشفة سابقًا ، فإن هذه الثقوب السوداء ضخمة بشكل لا يمكن تصوره تقريبًا – وأحيانًا أكبر بمليارات المرات من الشمس.
قال دانييل ريردون ، وهو عضو في مصفوفة توقيت باركس بولسار الأسترالية ، إنه – إذا تم تأكيد ذلك – فإن الموجات ستكون “مجموع كل الأنظمة الثنائية للثقب الأسود فائقة الكتلة التي تدور حول بعضها البعض في قلب المجرات في كل مكان في الكون”.
وصف الباحثون خلفية موجة الجاذبية للكون بأنها تعادل سماع همهمة مجموعة كبيرة من الأشخاص الذين يتحدثون في حفلة ، دون التمكن من تمييز أي صوت فردي.
نظرية أخرى هي أن موجات الجاذبية يمكن أن تكون من التوسع السريع الذي جاء في غضون ثانية بعد الانفجار العظيم ، وهي فترة تسمى التضخم الكوني المخفية عن وجهة نظر العلماء.
قال بعض العلماء إن المجرات بين الأرض والانفجار العظيم ربما “تغرق” مثل هذه الموجات.
لكن العلماء قالوا إن موجات الجاذبية منخفضة التردد قد تكشف في المستقبل المزيد عن هذا التوسع المبكر وربما تلقي الضوء على لغز المادة المظلمة.
يمكن أن يساعدهم أيضًا على فهم المزيد حول كيفية تشكل وتطور الثقوب السوداء والمجرات.