آشکارسازی امواج گرانشی تاریخ : شنبه، 24 بهمن ماه ، 1394
موضوع : پژوهش

    خبر آشکارسازی امواج گرانشی در رصدخانه های تداخل سنج لیزری امواج گرانشی(LIGO)

امواج گرانشی چیست؟
یک جسم باردار میدان الکتریکی متناسب با مقدار بار الکتریکی در فضا-زمان ایجاد می کند. اگر همین جسم باردار در فضا نوسان کند، تغییراتی در میدان الکتریکی و مغناطیسی ایجاد می کند که با زمان تغییر می کند. تغییرات میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در فضا-زمان گسترش پیدا می کند که ما به آن امواج الکترومغناطیس می گوییم. نور نوعی موج الکترومغناطیس است. بنابراین امواج الکترومغناطیس با سرعت نور منتشر می شوند.
نظریه نسبیت انیشتین می گوید هر جسمی که دارای جرم باشد در فضا-زمان خمیدگی متناسب با جرم خود جسم ایجاد می کند. اگر این جسم در فضا-زمان حرکت کند، خمیدگی فضا-زمان(که در فیزیک کلاسیک میدان گرانشی گفته می شود) متناسب با جایگاه جدید جسم تغییر کرده و این تغییر در انحنای فضا-زمان با سرعت نور منتشر می شود. انتشار تغییرات خمیدگی فضا-زمان را موج گرانشی می گویند.
اما شدت میدان مغناطیسی بسیار بسیار قوی تر از انحنای فضا-زمان(یا به اصطلاح میدان گرانشی) است. برای نمونه میدان گرانشی دو الکترون که در فاصله 25 هزارم متر از یکدیگر قرار گیرند، برابر است با شدت میدان الکترومغناطیسی همان دو الکترون که در فاصله 50 سال نوری از هم قرار گرفته اند. بنابراین میدان گرانشی و یا در واقع انحنای فضا-زمان میلیاردها میلیارد برابر ضعیف تر از میدان الکتریکی است. به تبع آن امواج گرانشی نیز بسیار بسیار ضعیف تر از امواج الکترومغناطیس است. بنابراین آشکارسازی آن هم به مراتب دشوارتر است. لذا تنها امواج گرانشی اجرام بزرگی همچون سیاهچاله های پرجرم باید قابل آشکارسازی باشد.
آشکارسازهای امواج گرانشی
ژوزف وبر از دانشگاه مریلند در سال 1966 مدعی شد امواج گرانشی را از ناحیه مرکزی کهکشان راه شیری آشکار سازی کرده است. او پیش بینی نمود که در مرکز کهکشان راه شیری باید یک سیاهچاله بزرگ باشد. ساختار آشکارساز ژوزف وبر شامل یک استوانه آلومینیمی به قطر 60 سانتیمتر و طول یک و نیم متر بود که بصورت معلق نگه داشته شده و تغییر شکل آن بر اثر عبور امواج گرانشی با استفاده از بلورهای پیزوالکتریک ثبت می شد.
بعدها کشورهای مختلف آقدام به ساخت آشکارسازهایی برای ثبت امواج گرانشی نمودند. در آشکارسازهای جدید از ساختار تداخل سنج مایکلسن استفاده می شود. عبور موج گرانشی موجب تغییر طول نسبی بازوهای تداخل سنج و درنتیجه ایجاد گرته تداخلی می شود. بزرگترین آشکارسازهای از این نوع در دو طرح تقریبا مشابه در دو ایالت آمریکا ساخته شده است. نام این دو آشکار ساز "رصدخانه تداخل سنج لیزری امواج گرانشی" یا به اختصار (LIGO) است. طول بازوی هریک از این دو آشکارساز 4 کیلومتر است.
در 23 شهریور 1394 پژوهشگران رصدخانه تداخل سنج لیزری امواج گرانشی (LIGO) امواجی با فرکانس 35 تا 250 هرتز را که با تغییر مکانی به اندازه ده به توان منفی 21 متر را در هر دو آشکارساز مشاهده کردند. منبع این موج گرانشی سیاهچاله دوتایی شامل دو جرم یکی با جرمی حدود 29 برابر خورشید و دیگری با جرمی حدود 35 برابر خورشید تخمین زده می شود.
بیشتر آگاهی ما از کیهان در نتیجه بررسی امواج الکترومغناطیس در طول موجهای گوناگون بوده است. آشکارسازی امواج گرانشی پنجره ای نوین به روی بشر خواهد گشود. مخصوصا که اجرامی همچون سیاهچاله ها که تاکنون از اسرار کیهان محسوب می شده اند به خاطر جرم زیادشان بهترین منبع امواج گرانشی به حساب می آیند. برای همین است که بعضی ثبت قطعی امواج گرانشی را بزرگترین کشف قرن می دانند.


لازم به ذکر است که آقای صفایی کارشناس رصدخانه دانشگاه کاشان قبلا تحقیقاتی راجع به ساختار آشکار سازهای امواج گرانشی انجام داده ومقاله هایی در این زمینه ارائه نموده اند:

- پژوهشی بر آنتن فضایی تداخل سنج لیزری LISA
- بررسی بزرگترین آشکارسازهای تداخل سنج لیزری امواج گرانشی جهان