رصد های آینده با استفاده از امواج گرانشی

به گزارش مجله دکوراسیون کاشیا، مشاهده مستقیم امواج گرانشی، یعنی شکن هایی که در اثر حرکت اجرام در فضا - زمان پدید می آید، دریچه دیگری خواهد بود به درون دنیا هستی. دست کم در پانزده سال گذشته، چند بار قول برنامه های پنج ساله برای آشکارسازی امواج گرانشی

رصد های آینده با استفاده از امواج گرانشی

مترجم: زهرا راهنمایی منش

منبع:راسخون

مشاهده مستقیم امواج گرانشی، یعنی شکن هایی که در اثر حرکت اجرام در فضا - زمان پدید می آید، دریچه دیگری خواهد بود به درون دنیا هستی. دست کم در پانزده سال گذشته، چند بار قول برنامه های پنج ساله برای آشکارسازی امواج گرانشی داده شده است، اما اخیراً در یک گردهمایی اعضای گروه هایی که روی این مسئله کار می نمایند اعلام شد که گویا قرار است در شش سال آینده امیدها به داده های واقعی تبدیل شوند. این خوش بینی از اتفاق نظری سرچشمه می گیرد که در خصوص براوردهای نظری شدت چشمه های کیهانی تابش گرانشی وجود دارد. علت دیگری برای امیدواری وجود دارد و آن اطمینان روزافزونی است که درباره تحقق پیشرفت های فنی لازم برای ساختن آشکارسازهای تداخلی با حساسیت کافی، ابراز می گردد.

آشکار ساز تداخلی موج گرانشی اساساً تشکیل شده است از سه جرم معلق که در گوشه های یک L قرار گرفته اند. دو بازوی یک تداخل سنج مایکلسون، که با نصب آینه هایی بر جرم ها به وجود آمده اند، طول های نسبی دو ضلع L را اندازه می گیرند. عبور یک موج گرانشی از آشکارساز باعث می گردد که جرم های یک بازو از هم دور و جرم های بازوی دیگر به هم نزدیک شوند و در نتیجه انتقالی در نقش فریزهای تداخل سنج پدیدار گردد. برای معین کردن شدت برهم کنش موج از پارامتر h استفاده می نمایند که به صورت نسبت اختلاف پدید آمده در طول دو بازو، به طول یکی از بازوها تعریف می گردد. صرف رؤیت چشمه ها، احتمالاً مستلزم آشکارسازی مقادیری از h به کوچکی 20-10 است. برای به دست آوردن اطلاعات اختر فیزیکی مفید باید بتوان چیزی در حدود 22-10h≈ را اندازه گیری کرد. بدیهی است که مسائل فنی کار بسیار زیاد است، زیرا حتی در حد 20-10h≈ باید بتوان در تداخل سنجی به طول بازوی یک کیلومتر تغییرات حدود 2-10 فرمی (حدود یک صدم شعاع هسته) را در طول بازوها اندازه گیری کرد. آشکارسازهای تداخلی در محدوده بسامدهایی در حدود چند هزار هرتز کار می نمایند و با توجه به سطح اپتیکی مورد نظر، چشمه نوفه و آشکارساز فوتون به نور معمولی یا فروسرخ نزدیک محدود می شوند.

همان طور که کیپ ثورن (انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا یا کلتک) در این گردهمایی متذکر شد، چشمه های امواج گرانشی اغلب تک رویدادهایی هستند که مرتبط اند با رمبش هسته یک ستاره در انفجار ابر نواختری و یا به هم پیوستن اعضای یک منظومه دوتایی ستاره های فشرده نزدیک به هم. فراوری امواج گرانشی به شدت تابع انحراف از تقارن کروی یا محوری است که در خلال رمبش گرانشی یک ستاره به هنگام تبدیل به ستاره نوترونی یا سیاه چاله، پدیدار می گردد، و نامعین بودن اندازه انحرافات موجب عدم قطعیت در شار پیش بینی شده امواج گرانشی می گردد. اگر حساسیت h از مرتبه 22-10 باشد، می توان سیاه چاله های در حال رمبشی را که جرمشان 100 برابر جرم خورشید است در سرتاسر دنیا مرئی مشاهده کرد. رمبش های فاقد تقارن محوری ستاره های نوترونی را در کهکشان هایی به فاصله کهکشان های خوشه سنبله می توان دید؛ انتظار وقوع چندین رویداد از این نوع در هر سال می رود. یکی از فزونی های آشکارسازهای تداخلی نسبت به آشکارسازهای میله - جامد تشدید نماینده، امکان استخراج اطلاعات طیفی از آن ها است. محاسبات عددی اخیر رمبش گرانشی شکل های کاملاً معینی برای امواج ناشی از رمبش سیاه چاله ها و ستاره نوترونی به دست می دهد. در واقع آشکارسازهای معینه های موجی یک رمبش سیاه چاله ای احتمالاً تنها راه ممکن برای نشان دادن وجود سیاه چاله هاست. بعلاوه اگر نور ابر نواختر فراوری نماینده موج گرانشی هم رؤیت گردد، نسبت زمان رسیدن نور به زمان رسیدن موج گرانشی، آزمونی قوی برای نظریه های گرانش خواهد بود. نسبیت عام سرعت انتشار نور و امواج گرانشی را یکی می داند، در حالی که بعضی از نظریه های رقیب تفاوت هایی در حدود یک در 610 را پیشگویی می نمایند. این رصدها می تواند حدودی از مرتبه یک در 1010 روی این نسبت بگذارد.

اگر حدود h به 22-10 رسانده گردد، باید بتوان امواج گرانشی دو ستاره نوترونی را که گردهم می پیچند، از فاصله خوشه سنبله رصد کرد. زمینه تصادفی امواج گرانشی به جا مانده از زمان های آغاز دنیا هم ممکن است آشکار سازی گردد و شاید از این راه بتوان به بعضی دقایق دوران پلانک (s43-10t~) پی برد که مطابق بعضی براوردها دوران گسیختن پیوند امواج گرانشی از ماده دنیا بوده است؛ یا به وسیله ای برای فهم دوران های بعدی دنیا دست یافت که افت و خیزهای چگالی آن ها مالاً به تکوین کهکشان ها انجامیده است. چشمه های تناوبی منظم امروزی (نظیر تپ اخترهایی که به سرعت می چرخند) ممکن است با h بسیار کوچکتر از 22-10 مشاهده شوند زیرا اثرشان روی تعداد زیادی دوره تناوب جمع بسته می گردد. ر.و.پ درور (کلتک و دانشگاه گلاسگو) روش های تجربی کم نقصی را شرح داد که آشکارسازهای تداخلی را نامزدهای عملی مناسبی ساخته است. نخستین بار از این روش ها در 1971 در آزمایشگاه های مؤسسه هواپیماسازی هیوز استفاده شد. حساسیت آشکارساز با افزایش طول بازو زیاد می گردد، طول مؤثر بازوها را می توان یا به وسیله بازتاب های متوالیی زیاد کرد که راستاهای موازی چندگانه ای در امتداد بازوها به دست می دهند و یا به وسیله تبدیل بازوها به حفره های تشدید، که عملاً نور را در هر دوره تناوب موج گرانشی به دفعات بسیار به جلو و عقب منعکس می نمایند. در برنامه ای که در آلمان در دست اجراست و و. وینکلر (از انستیتوی ماکس پلانک در گارخینگ) آن را توصیف کرد (نظیر برنامه انستیتوی تکنولوپی ماساچوست) از طرح راستاهای چند گانه استفاده می گردد؛ طول کل راستا، که از سه بازو به شکل مثلث تشکیل شده است به 100 کیلومتر می رسد.

دستگاهی که هم اکنون در گلاسگو برپاست، بازویی به طول 10 متر دارد و بازوی دستگاهی که در کلتک سوارهم شده 40 متر است. در هر دو دستگاه برای تدارک ابزارهای بسیار بزرگتر، از روش حفره های تشدید استفاده می گردد. سیستم کنترل servo - loopای که گروه درور، برای پایدار کردن بسامد لیزر در این تداخل سنج ها ابداع نموده است، به روش استانداردی برای پایدار کردن لیزرها در بسیاری کاربردهای دیگر منجر شده است - و این مطلب مطمئناً درس عبرتی است برای کسانی که در فواید فنی پرداختن به علوم محض به دیده تردید می نگرند.

روش جدیدی براساس استفاده از یک دستگاه مدوله گر پیشنهاد شده است. در این دستگاه از نور به کار رفته در تداخل سنج، به نحوی که باعث تقویت نور لیزر گردد، مجدداً استفاده می گردد. با این روش شاید بگردد توان لیزر مورد احتیاج را یکصد بار کاهش داد و به چیزی در حدود 20 تا 30 وات (توان تک عدد) رساند که هدف نامعقولی نخواهد بود.

روش مفیدتری هم برای کاهش دادن توان لیزر مورد احتیاج وجود دارد. این روش مبتنی بر پیشرفت هایی است که در امر ساختن آینه هایی با توان بازتاب زیاد - در حدود 99995ر0 گزارش شده است: امید می رود که در آینده دورتر بتوان اثرات نوفه فوتونی را با استفاده از روشی که چلاندن حالات نامیده شده و اخیراً کاراییش به طور تجربی در آزمایش گاه های بل به اثبات رسیده است کاهش داد. در این روش سعی بر آن است که با انتخاب دقیق کمیات مورد اندازه گیری، پاره ای از محدودیت هایی را که اصل عدم قطعیت اعمال می نماید از راه بردارند.

احتمالاً نخستین رصدخانه های موج گرانشی حاصل کار گروه های تحقیق ایالات متحده و گلاسگو خواهد بود. پروژه ایالات متحده برای رصدخانه موج گرانشی با تداخل سنج لیزری منجر به پیدایش دو ابزار 4 کیلومتری، یکی در مین و دیگری در کالیفرنیا خواهد شد. در برنامه بریتانیا، وسیله ای 1 کیلومتری پیشنهاد شده است که مرحله اول آن تا شش سال دیگر آغاز به کار خواهد نمود. اینها رصدخانه هایی واقعی خواهند بود و قسمت اعظم هزینه آن ها صرف تهیه لوله هایی چند کیلومتری خواهد شد که خلأ نسبتاً کاملی در آن ها ایجاد می گردد و بازوهای تداخل سنج را تشکیل می دهند. قطر لوله ها حدود 1 متر خواهد بود و در خلئی بهتر از 8-10 توریچلی کار خواهد نمود.

در این گردهمایی ارزش همیاری های بین المللی در تحقیقات مربوط به موج گرانشی مورد توافق عام بود. گذشته از صرفه جویی های حاصل از مشارکت صنعتی احتیاجی واقعی به وجود چند آشکار ساز وجود دارد تا بتوان اطلاعاتی درباره جهت امواج به دست آورد و علائم مزاحم را به وسیله آنالیز همبستگی اطلاعات رسیده از مخل های مختلف حذف کرد. همان طور که بی. اف. شوتز از دانشگاه کاردیف متذکر شد، چهار آشکارساز عمده پیشنهاد شده را می توان طوری تعبیه کرد که آسمان را به خوبی بپوشانند و اندازه آشکار سازی را بدواً به چند رویداد در سال برسانند.

منبع: راسخون
انتشار: 28 مهر 1400 بروزرسانی: 28 مهر 1400 گردآورنده: kashia.ir شناسه مطلب: 1832

به "رصد های آینده با استفاده از امواج گرانشی" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "رصد های آینده با استفاده از امواج گرانشی"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید