يمكن أن توفر التموجات في الزمكان أدلة على مكونات الكون المفقودة

هناك شيء قليل في نظريتنا عن الكون. كل شيء مناسب تقريبًا ، ولكن هناك ذبابة في المرهم الكوني ، وجسيم من الرمل في الشطيرة اللانهائية. يعتقد بعض العلماء أن الجاني قد يكون الجاذبية – وأن التموجات الدقيقة في نسيج الزمكان يمكن أن تساعدنا في العثور على القطعة المفقودة.

توضح ورقة بحثية جديدة شارك في تأليفها عالم من جامعة شيكاغو كيف يمكن أن يعمل هذا. تم النشر في 21 ديسمبر في مراجعة البدنية دتعتمد الطريقة على إيجاد مثل هذه التموجات التي تكون منحنية بالسفر عبر الثقوب السوداء الهائلة أو المجرات الكبيرة في طريقها إلى الأرض.

المشكلة هي أن شيئًا ما يجعل الكون لا يتوسع فحسب ، بل يتمدد بشكل أسرع وأسرع بمرور الوقت – ولا أحد يعرف ماهيته. (البحث عن المعدل الدقيق هو نقاش مستمر في علم الكونيات).

اقترح العلماء جميع أنواع النظريات حول ماهية القطعة المفقودة. قال خوسيه ماريا إيزكياغا ، مؤلف الورقة البحثية المشارك ، وزميل ما بعد الدكتوراه في ناسا أينشتاين في معهد كافلي للفيزياء الكونية في UChicago: “يعتمد الكثير منها على تغيير طريقة عمل الجاذبية على نطاقات كبيرة”. “وبالتالي موجات الجاذبية هم الرسول المثالي لرؤية هذه التعديلات المحتملة في الجاذبية ، إن وجدت “.

موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان نفسه ؛ منذ عام 2015 ، تمكنت البشرية من التقاط هذه التموجات باستخدام مراصد ليجو. عندما يصطدم جسمان ثقيلان بشكل كبير في مكان آخر من الكون ، فإنهما يخلقان تموجًا ينتقل عبر الفضاء ، ويحمل بصمة كل ما صنعه – ربما اثنان الثقوب السوداء أو اصطدام نجمين نيوترونيين.

في الورقة البحثية ، يجادل إزكوياغا والمؤلف المشارك ميغيل زومالاكاريغي أنه إذا ضربت هذه الموجات ثقب أسود عملاق أو مجموعة من المجرات في طريقها إلى الأرض ، فإن توقيع التموج سيتغير. إذا كان هناك اختلاف في الجاذبية مقارنة بنظرية أينشتاين ، فسيتم تضمين الدليل في هذا التوقيع.

على سبيل المثال ، إحدى النظريات عن القطعة المفقودة من الكون هي وجود جسيم إضافي. مثل هذا الجسيم ، من بين تأثيرات أخرى ، يولد نوعًا من الخلفية أو “الوسط” حول الأجسام الكبيرة. إذا اصطدمت موجة جاذبية متنقلة بثقب أسود فائق الكتلة ، فإنها ستولد موجات تختلط مع موجة الجاذبية نفسها. اعتمادًا على ما واجهته ، يمكن أن يحمل توقيع موجة الجاذبية “صدى” ، أو يظهر مشوشًا.

وقال إزكوياغا “هذه طريقة جديدة لفحص السيناريوهات التي لم يكن من الممكن اختبارها من قبل”.

تحدد ورقتهم الشروط الخاصة بكيفية العثور على مثل هذه التأثيرات في البيانات المستقبلية. من المقرر أن يبدأ تشغيل LIGO التالي في عام 2022 ، مع ترقية لجعل أجهزة الكشف أكثر حساسية مما هي عليه بالفعل.

قال إيزكوياغا: “في آخر جولة مراقبة لنا مع ليجو ، كنا نشهد موجة جاذبية جديدة تقرأ كل ستة أيام ، وهو أمر مذهل. لكن في الكون بأسره ، نعتقد أنها تحدث في الواقع مرة كل خمس دقائق”. “في الترقية التالية ، يمكننا أن نرى الكثير من هؤلاء — مئات الأحداث سنويًا.”

وقال إن الأرقام المتزايدة تزيد من احتمالية انتقال موجة أو أكثر عبر جسم ضخم ، وسيتمكن العلماء من تحليلها بحثًا عن أدلة على المكونات المفقودة.

Zumalácarregui ، المؤلف الآخر على الورقة ، هو عالم في معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية في ألمانيا وكذلك في مركز بيركلي للفيزياء الكونية في مختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي.