كيف ستساهم الساعات الذرية بالكشف عن موجات الجاذبية (الثقالية)؟

الرسم التوضيحي لأمواج ثقالية نتجت عن دوران ثقبين أسودين. وصف العلماء طريقة جديدة حساسة للكشف عن الموجات الثقالية. المصدر: هينز-ناسا.

تجدد الحماس من جديد لتطوير تقنيات قياس أكثر حساسية للأمواج الثقالية بعد الكشف مؤخرًا عن موجات ثقالية نتجت عن اندماج ثقبين أسودين تفوق كتلة كل منهما كتلة الشمس بثلاثين مرة بواسطة (مرصد الموجات الثقالية بالتداخل الليزري-LIGO).

باعدت معدات رصد الموجات الثقالية على الأرض بين أجهزة الاستشعار بشكل كبير، لتتمكن من الكشف بدقة كبيرة عن التغيرات شبه المجهرية أثناء تباعدهم. إلا أنهم يعانون من الضجيج الطبيعي الذي تُحدثه الارتجاجات البسيطة للهزات الأرضية. أو من مصادر بشرية تلتقط صوتها أجهزة الكشف المضبوطة بدقة.

الاهتزازات التي يصعب رصدها هي الاهتزازات التي تتغير نسبيًا ببطء، بتردد يقارب المرة كل ثانية أو أقل. إلا أن علماء الفلك يتوقعون أن مصادر الموجات الثقالية التي تصدر هذه الترددات المتنوعة والبطيئة لا بد أن تكون وفيرة ومثيرة للاهتمام بدءًا من النجوم الثنائية ذات الكتلة النجمية المدمجة، وصولًا للأحداث الجاذبية في الكون المبكر.

اشتهر (مركز الفيزياء الفلكية-CFA) لفترة طويلة جراء عمله المخبري في إنتاج بعض أفضل الأجهزة، على وجه الخصوص ساعات )ميزر الهيدروجين- (Hydrogen-maser لضبط الوقت التي تستعملها وكالة ناسا لتتبع الأقمار الصناعية التابعة لها، بالإضافة لاستعمالها من قبل علم الفلك الراديوي حول العالم للحصول على قياسات دقيقة للظواهر الكونية باستخدام الخط الأساسي التداخلي الطويل جدًا.

استمر فريق ميزر -التابع لمركز الفيزياء الفلكية- في تطوير تكنولوجيات متقدمة للساعات على مر السنين وتحويلها لأدوات جديدة لاستكشاف الفضاء متضمنة الجهاز الذي يدعى (ليزر كومز-Laser Combs) لقياس تحولات السرعة النجمية الناجمة عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية.

نشر علماء مركز الفيزياء الفلكية (إيجور بوكوفسكي- (Igor Pokovskiو(رون والسوورث- Ron Walsworth)، و)نيك لانجيلير-(Nick Langellier مع اثنين من زملائهم، فكرة لكاشف موجات ثقالية جديدة لدراسة الترددات المنخفضة للموجات الثقالية على وجه الخصوص. لا تقيس هذه التقنية الجديدة انفصال أجهزة الاستشعار؛ إنما تقيس بدقة الحركات الدقيقة من خلال (تأثير دوبلر-Doppler Effect) بينما
تمر الموجات الثقالية من خلالها.

يستخدم هذا الجهاز أشعة ليزر مُتحكَّم بها بشكل جيد، وساعات ذرية دقيقة تعلو اثنين من الأقمار الصناعية (على عكس الأفكار الأخرى التي تتطلب ثلاثة أقمار صناعية، هذا النظام يحتاج إلى اثنين فقط) لا يتطلب تطبيق هذه التكنولوجيا سوى إجراء التحسينات الواقعية وتقديم التنمية الضرورية لأنظمة الموجات الثقالية الحالية.

ترجمة: الاء أبو شحوت
تدقيق: دانه أبو فرحة
المصدر