تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هي موجات الجاذبية؟

موجات الجاذبية (Gravitationa waves) هي تموجاتٌ في نسيج الزمكان بسبب تعرضه للتشويه بسبب بعض الأحداث الكونية، مثل: انفجار النجوم، والاصطدامات بين النجوم النيوترونية فائقة الكثافة أو اندماج الثقوب السوداء. ونستطيع القول إن موجات الجاذبية تشكل سيلاً من التأثيرات التي تضرب الأرض طوال الوقت، لكن أدواتنا لم تكن حساسةً بما يكفي للكشف عنها حتى وقتٍ قريبٍ جدًا.

من أول من طرح فكرة موجات الجاذبية؟

في عام 1916، اقترح ألبرت آينشتاين موجات الجاذبية، واعتبرها نتيجةً طبيعيةً لنظريته النسبية العامة، التي تقول إن الأجسام الضخمة جدًا تشوّه نسيج الزمكان. بناءً على ذلك، ووفق النظرية النسبية، الأجسام الضخمة جدًا التي تتجه نحو بعضها البعض يجب أن تؤدي إلى تجعُّد وتشوُّه نسيج الزمكان، فترسل تلك التشوهات عبر الكون على شكل تموجاتٍ تشبه التموجات المنتشرة عبر بركة الماء، لكن بسرعةٍ هائلة.

متى بدأت دراسة موجات الجاذبية بشكلٍ عملي؟

بدأت في سبعينيات القرن الماضي، حيث اكتشف العلماء، وهم يراقبون زوجًا من النجوم النابضة التي تدور حول بعضها البعض بشكلٍ غير مباشر موجات الجاذبية لأول مرة، وذلك باستخدام التلسكوب الراديوي العملاق في بورتوريكو، حيث كان هذا النظام الكوني يصدر موجات جاذبية، وهذه البداية كانت بمثابة الفكرة التي أكسبت جو تايلور ورسل هولس جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993. ^[1]

ما هي أنواع الأحداث التي تشكل موجات الجاذبية؟

يمكن لجميع أنظمة الجاذبية (Gravitational systems) إنشاء موجات جاذبية، ومع ذلك فإن موجات الجاذبية ضعيفة للغاية لدرجة أنه من الصعب بمكان رصدها، حتى أن آينشتاين كان يعتقد أنه سيكون من المستحيل اكتشاف هذه الموجات. لكن هنالك أحداث كونية ضخمة يمكنها إنشاء موجات جاذبية ممكنة القياس اليوم، مثل: اندماج الثقوب السوداء، أو النجوم النيوترونية (Neutron stars)، أو النجوم المتفجرة، مثل: المستعرات الأعظم (Supernovas)، أو النجوم النيوترونية سريعة الدوران، مثل: النجوم النابضة (Pulsars)، أو خلفية موجة الجاذبية المتبقية من الانفجار الكبير.

والأكثر إثارةً من هذه الأحداث الرائعة بالفعل هو احتمال حدوث موجات الجاذبية من أشياء غير متوقعة، كما أن التنبؤات الغريبة، مثل: الأوتار الكونية (Cosmic strings)، أو المادة المظلمة (Dark matter)، أو أي حدثٍ كوني لم نتنبأ به يمكن أن يخلق موجة جاذبية.

ما مدى سرعة سفر أمواج الجاذبية عبر الكون؟

تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الجاذبية، علماً أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء، وقد تنبأ آينشتاين بهذا مسبقاً.

ما هي أنواع موجات الجاذبية؟

وفقًا لمرصد ليغو (LIGO) هناك أربعة أنواع مختلفة من موجات الجاذبية التي يبحث عنها العلماء.

1- موجات الجاذبية الثنائية المدمجة (الملهمة)

يتمُّ إنشاؤها من خلال أزواج كونية تدور حول أجسام ضخمة كثيفة، مثل: الثقوب السوداء، والنجوم النيوترونية، وحتى النجوم القزمة البيضاء، ويؤدي هذا الدوران إلى إنشاء نمطٍ فريدٍ من موجات الجاذبية، علماً أن آلية توليد هذه الفئة من موجات الجاذبية هي نفسها بغضّ النظر عن المصدر.

تُعرف هذه الموجات أيضاً باسم “الملهمة” (Inspiral)، وتعتمد المدة التي يمكن أن تنتج فيها الثنائيات المدمجة موجات الجاذبية على كتلة الأجسام التي تشكل الثنائي، يوضح مرصد ليغو ذلك من خلال الإشارة إلى أن إشارة موجة الجاذبية الصادرة عن أول زوجٍ من الثقوب السوداء الملتوية المكتشفة استمرت لمدة عُشر من الثانية فقط، في حين استمرت الإشارة الأولى من ثنائي نجم نيوتروني ونجم نيوتروني لمدة 100 ثانية.

2- موجات الجاذبية المستمرة

يُعتقد أن موجات الجاذبية المستمرة تنشأ عن دوران الأجسام المفردة الضخمة، مثل: النجوم النيوترونية، وتبدو وكأنها ذات تردداتٍ واتساعٍ ثابتين، ويشير مرصد ليغو إلى أن موجات الجاذبية المستمرة الصادرة عن جسمٍ واحدٍ لم يتمّ اكتشافها بعد، لأن أجهزة الكشف الحالية ليست حساسةً بما يكفي للقيام بذلك.

3- موجات الجاذبية العشوائية

تصف موجات الجاذبية العشوائية موجات الجاذبية الصغيرة الصادرة عن الأجسام قليلة الكتلة في جميع أنحاء الكون. يتمُّ خلط موجات الجاذبية الضعيفة هذه بشكلٍ عشوائي معًا لتكون إشارةً عشوائيةً يمكن تحليلها إحصائيًا، ولكن لا يمكن التنبؤ بها. وباعتبارها أصغر إشارات موجات الجاذبية، ينبغي أيضًا أن تكون موجات الجاذبية العشوائية هي الأكثر صعوبةً في اكتشافها.

يتنبأ مرصد ليغو بأن الانفجار الكبير قد يكون قد ترك وراءه موجات جاذبية على شكل موجات جاذبية عشوائية، وإذا تمكنا من تطوير أدواتٍ حساسة بما يكفي للكشف عنها، فإن هذه التموجات البدائية في الزمكان يمكن أن تسمح لنا بالنظر إلى أبعد من ذلك في تاريخ الكون من أي شكلٍ آخر من أشكال علم الفلك.

4- موجات الجاذبية المتفجرة

وتأتي من مصادر غير معروفة، ويعتقد أن مصدرها انفجارات المستعرات الأعظم أو انفجارات أشعة جاما، ويعتبر البحث عن موجات الجاذبية المتفجرة أمرًا صعبًا جداً، وبمجرد اكتشافها سيكون لدينا القدرة الأكبر على الكشف عن معلوماتٍ ثوريةٍ حول الكون. ^[2]

كيف يمكننا اكتشاف موجات الجاذبية على الأرض؟

بحلول القرن العشرين أصبح بإمكاننا ملاحظة الكون من خلال رصد أطوال الأمواج الكهرطيسية التي لا تستطيع العين البشرية رؤيتها، واستطاعت البشرية تجاوز الغلاف الجوي للأرض عن طريق إرسال التلسكوبات إلى الفضاء الخارجي، فأدت كل هذه التطورات إلى تحسين فهمنا للكون، وتبين أن هناك رسل آخرون من الكون غير الأمواج الكهرطيسية أحد أهمّ هذه الرسل موجات الجاذبية، فهي توفر معلوماتٍ من الكون مستقلةً تمامًا عن الأمواج الكهرطيسية.

موجات الجاذبية غير مرئية، فكيف يمكننا اكتشافها؟

عندما تمرُّ موجات الجاذبية عبر الفضاء، فإنها تتسبّب في توسع وانكماش الفضاء نفسه، وكل شيء بداخله، على سبيل المثال: عندما تمرُّ موجة الجاذبية عبر كوكبنا، فإنها تتسبّب في تمدّد خط الاستواء، وتقلص المسافة بين القطبين، بشكل طفيف جدًا، والعكس صحيح، ومع ذلك، فإن الزمكان “قاسي” بشكل استثنائي، وحتى أقوى موجات الجاذبية لها تأثير ضئيل بشكل لا يصدق.

على سبيل المثال، قد تسبّب موجة الجاذبية العابرة من اصطدام ثقبين أسودين، فتضغط على الأرض بمقدار عرض البروتون تقريبًا (وهي مسافة لا يمكن الإحساس بها)، وهو ما يعادل جزءًا من ألف تريليون من المتر. الطريقة المُثلى لمراقبة موجات الجاذبية تعتمد على أشعة ليزر عالية الطاقة تعمل كمسطرة دقيقة بشكل هائل، وتمّ استخدام أربعة أجهزة كشف منفصلة حول العالم:

1- كاشفا ليغو (LIGO) المزدوجان في واشنطن ولويزيانا.

2- كاشف فيغو (Virgo) في إيطاليا.

3- كاشف كاغرا (KAGRA) في اليابان.

هذه الكواشف عبارة عن أجهزة عملاقة على شكل حرف L، ولها ذراعان يبلغ طول كل منهم 4 كيلومتر، ويتمّ إرسال الليزر إلى أسفل الذراعين، ويرتد عن المرايا في أطراف الذراعين، ويعود ليتفاعل مع الضوء الذي نزل على الذراع الأخرى. بسبب الطبيعة الموجية للضوء في أشعة الليزر، يمكننا اكتشاف التداخل عندما يتحد شعاعا الضوء مرةً أخرى إذا كان للذراعين اختلاف طفيف في الطول عن موجة الجاذبية المارة. ^[3]

ما فائدة موجات الجاذبية؟

تساعد موجات الجاذبية الفيزيائيين وعلماء الفلك على فهم بعض قوانين الفيزياء الأساسية، فهي تخبرنا عن ديناميكيات الأحداث واسعة النطاق في الكون، مثل: تكوين ونمو المجرات والثقوب السوداء الهائلة في مراكزها، كما تعطينا معلوماتٍ عن نسيج الزمكان، كما تفيد في مراقبة الكون بعد جزء من الثانية فقط من الانفجار الكبير، وباستخدام هذه المعلومات، قد نتمكن من معرفة المزيد عن كيفية بداية الكون وتطوره. ^[4]