موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان تتولد عن تسارع الأجسام الضخمة. يمكن أن يكشف انتشار موجات الجاذبية عبر المادة عن التموجات في الزمكان الناتجة عن الانفجار العظيم.
استخدم علماء فيزياء البلازما معرفتهم بانتشار الموجات الكهرومغناطيسية عبر البلازما لتطوير معادلات يمكن أن تصف سلوك موجات الجاذبية في أثناء انتقالها عبر النجوم والغازات في الفضاء. توفر هذه الدراسة إطارًا نظريًا لدراسة تأثيرات موجات الجاذبية على المادة، يمكنه المساعدة على تحديد الملاحظات المحتملة لهذه الموجات في المستقبل.
يمكن أن تكشف هذه المؤشرات عن موجات الجاذبية الغامضة التي تتعدى قدرتنا المحدودة على فهمها. وتشمل الموجات الضخمة منخفضة التردد الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء الهائلة والاهتزازات الأصغر التي تسببها ثنائيات الأقزام البيضاء التي تدور حول بعضها البعض، والرنين الهائل الناتج عن توسع الكون بجزء من الثانية بعد الانفجار العظيم.
يشرح عالم الفيزياء ديبين غارغ من جامعة برينستون: «على الرغم من أننا لا نستطيع رؤية الكون المبكر مباشرةً، فقد نتمكن من الحصول على لمحة غير مباشرة عنه، بملاحظة تأثير موجات الجاذبية من تلك الفترة الزمنية على المادة والإشعاع الذي ما يزال بإمكاننا رصده اليوم».
في عام 2015، اكتشف العلماء موجات الجاذبية لأول مرة، التي نتجت عن اصطدام ثقبين أسودين بكتلة إجمالية تبلغ حوالي 30 ضعف كتلة الشمس. يُعد آينشتاين مكتشف هذه الموجات، التي تشبه التموجات في البركة، وتنتج عن تمدد وتقلص الزمكان بسبب تأثير الجاذبية بحدث هائل.
لم تكن الأداة المستخدمة للكشف عن هذه الموجات تلسكوبًا تقليديًا، بل كانت مجموعةً متطورةً من الليزرات والمرايا التي صممت للاستجابة لتشوهات الزمكان التي تنتج نمطًا يمكن التعرف عليه ويمكن للعلماء استخدامه لتحليل وتحديد خصائص مصدر موجات الجاذبية. ومع ذلك، فإن التكنولوجيا المستخدمة في اكتشاف هذه الموجات محدودة حاليًا ولا يمكنها إلا اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.
في حين وجود العديد من المصادر الأخرى لموجات الجاذبية، فإنها حاليًا خارجة عن قدرتنا على كشفها. ومع ذلك، خلال بحثهم عن اندماج البلازما، اكتشف الفيزيائيان ديبن غارغ وإيليا دودين من جامعة برينستون طريقة جديدة محتملة لمراقبة هذه الموجات الخفية ورصدها.
قد يصبح اندماج البلازما مصدرًا للطاقة النظيفة للعالم، لكنه ما يزال في مراحله الأولى من التطور.
لتحقيق تقدم في هذا المجال، يحتاج العلماء إلى نموذج شامل لوصف كيفية تحرك الموجات الكهرومغناطيسية عبر البلازما. لقد وجد أن هذه العملية تشبه إلى حد ما الطريقة التي تتحرك بها موجات الجاذبية خلال المادة.
يوضح غارغ أنهم استخدموا آلات استُخدمت لدراسة موجات البلازما لحل مشكلة تتعلق بموجات الجاذبية. تشير النتائج إلى أنه عند انتقال موجات الجاذبية عبر المادة، يمكن أن تسبب تغيرًا ملحوظًا، مثل التغيرات في الضوء من النجوم أو سحب الغاز بين النجوم. الأمر لا يجعل من الممكن فقط اكتشاف موجات الجاذبية التي يصعب الوصول إليها حاليًا، بل يمنح العلماء أيضًا طريقة جديدة لدراسة النجوم. على سبيل المثال، الطريقة التي يتأثر بها الضوء القادم من النجوم بموجات الجاذبية يمكن أن توفر نظرة ثاقبة على البنية الداخلية للنجم وكثافته.
من الصعب مراقبة ما بداخل النجوم، لكن يعتقد الباحثون أن موجات الجاذبية يمكن أن تكون أداة قيمة لعلماء الفلك. يمكن أن تساعدنا الدراسة أيضًا على فهم اندماج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية فهمًا أفضل، وهي أحداث يمكننا اكتشافها.
اكتشف العالمان طريقة جديدة متعددة الاستخدامات ومهمة لفهم الكون. وهم يخططون للمضي قدمًا باستخدام هذه الطريقة لتحليل البيانات الفعلية.
يقول دودين: «اعتقدت أن الأمر سيكون مشروعًا صغيرًا مدته ستة أشهر لطالب دراسات عليا بهدف حل أمر بسيط. ولكن بمجرد أن بدأنا التعمق في الموضوع، أدركنا أنه لم يتم فهم سوى القليل جدًا حول المشكلة، ويمكننا القيام ببعض الأعمال النظرية الأساسية هنا».
اقرأ أيضًا:
موجات الجاذبية – بماذا أفادنا اكتشاف أمواج الجاذبية ؟
دراسة تصادم النجوم النيوترونية لفهم الموجات الجاذبية الناتجة عن هذه الظاهرة الكونية
ترجمة: عبدالله محمد
تدقيق: دوري شديد
