في ورقة بحثية نُشرت في وقت سابق من هذا الشهر في مجلة ”Physical Review Letters”، عرض فريق من الفيزيائيين بقيادة جوناثان ريتشاردسون من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، كيف يمكن للتكنولوجيا البصرية الجديدة أن توسع نطاق الكشف لمراصد موجات الجاذبية مثل مرصد الليزر التداخلي لموجات الجاذبية (LIGO) وت pave الطريق لمراصد مستقبلية.
منذ عام 2015، فتحت مراصد مثل LIGO نافذة جديدة على الكون. تهدف خطط التحديث المستقبلية لكواشف LIGO التي يبلغ طولها 4 كيلومترات وبناء مرصد الجيل التالي الذي يمتد على 40 كيلومترًا، المعروف باسم “Cosmic Explorer”، إلى دفع أفق كشف موجات الجاذبية إلى أقدم الأوقات في تاريخ الكون، قبل تشكيل النجوم الأولى. ومع ذلك، فإن تحقيق هذه الخطط يعتمد على الوصول إلى مستويات طاقة ليزر تتجاوز 1 ميغاوات، وهو ما يتجاوز بكثير قدرات LIGO الحالية.
تقرير البحث يسلط الضوء على اختراق سيمكن كواشف موجات الجاذبية من الوصول إلى طاقات ليزر عالية للغاية. يقدم نهجًا جديدًا للبصريات التكيفية ذات الضوضاء المنخفضة والدقة العالية يمكنه تصحيح التشوهات المحدودة لمرآة LIGO الرئيسية التي تزن 40 كيلوغرامًا والتي تنشأ مع زيادة طاقة الليزر بسبب التسخين.
يشرح ريتشاردسون، الأستاذ المساعد في الفيزياء وعلم الفلك، نتائج الورقة البحثية في الأسئلة والأجوبة التالية:
ما هي موجات الجاذبية؟
موجات الجاذبية هي وسيلة جديدة لرؤية الكون. تم التنبؤ بها بواسطة معادلات النسبية العامة. عندما تتسارع الأجسام الضخمة أو تتصادم في الكون، تنتشر التشوهات في نسيج الزمكان مثل تموجات الماء بسرعة الضوء. هذه التشوهات هي موجات جاذبية وتحمل الطاقة والزخم تماماً كما تفعل الموجات الكهرومغناطيسية. لدينا الآن الكثير من المعلومات حول الأجرام السماوية المتطرفة مثل الثقوب السوداء التي تخلقها وحول الفيزياء الأساسية لطبيعة الزمكان الذي تمر به هذه الموجات لتصل إلينا.
كيف يعمل LIGO؟
LIGO هو واحد من أكبر قطع المعدات العلمية في العالم. يتكون من جهازين تداخليين بالليزر بطول 4 كيلومترات لكل منهما. يقع أحد هذين الجهازين داخل ولاية واشنطن؛ والآخر خارج باتون روج بولاية لويزيانا. تعمل هذه المواقع الشقيقة بالتزامن وتستمع بشكل سلبي لأي تشوه للزمكان قد يحدث وينتشر عبر الأرض كموجة جاذبية.
حتى الآن شهدت LIGO حوالي 200 حدث لأجسام مضغوطة ذات كتلة نجمية تصطدم وتتداخل مع بعضها البعض. الغالبية العظمى كانت اندماجات لثقبين أسودين ولكننا رأينا أيضًا اندماجات لنجوم نيوترونية. آمل أن نتمكن يومًا ما من اكتشاف مصدر غير متوقع تماماً وغير متنبأ به.
حدثنا عن الجهاز الذي قمت بتطويره في مختبرك والذي له تطبيقاته لـLIGO؟
تركيزي هنا هو تطوير أنواع جديدة من التكنولوجيا البصرية القابلة للتكيف بالليزر لتجاوز القيود الأساسية جدًا للفيزياء حول مدى حساسية الكواشف مثل LIGO يمكن أن تكون عليه . عبر معظم تردد إشارات موجة الجاذبية التي يمكننا رؤيتها من الأرض ، يتم تحديد حساسيتها تقريباً بواسطة ميكانيكا الكم ، بواسطة الخصائص الكمومية لضوء الليزر نفسه الذي نستخدمه في التداخل للارتداد عن المرايا . الجهاز الذي طورناه مصمم لتقديم تصحيحات بصرية دقيقة مباشرةً للمرايا الرئيسية لجهاز الـLIGO .
ما هو Cosmic Explorer؟
Cosmic Explorer هو المفهوم الأمريكي لمراصد موجة جاذبية للجيل التالي بعد الـLIGO . سيكون بحجم أكبر بعشر مرات مقارنة بـLIGO ، أي أنه سيكون له ذراعان بطول 40 × 40 كيلومتر . سيكون أكبر جهاز علمي تم بناؤه على الإطلاق .
باختصار ، ماذا تناقش الورقة البحثية؟
تظهر الورقة أن التصحيحات البصرية عالية الدقة ضرورية لتوسيع رؤيتنا لموجة الجاذبية عن الكون . توضح الآثار المحتملة للتأثير المتوقع لتكنولوجيتنا الجديدة على جيل الـLIGO القادم وفي السنوات اللاحقة لذلك .
لماذا يعتبر إجراء هذا البحث مهمًا؟
هذا البحث يعد بالإجابة عن بعض أعمق الأسئلة المتعلقة بالفيزياء وعلم الكونيات ، مثل مدى سرعة توسع الكون والطبيعة الحقيقية للثقوب السوداء .
إذا وجدت هذا المقال مفيدًا ، يرجى التفكير بدعم عملنا بتبرع صغير مرة واحدة أو شهريًا.
