ردیاب موج گرانشی به اندازه کهکشان ، فیزیک عجیب و غریب را پیشنهاد می کند



پارچه زمان فضا را می توان توسط امواج گرانشی غول پیکر کف کرد و این فرصت ، فیزیکدانان را به خواب فرو برد. یک سیگنال بالقوه که در پرتو هسته های ستاره مرده معروف به تپ اختر دیده می شود ، باعث برانگیختن چندین مقاله نظری در مورد توضیحات عجیب و غریب شده است.

رایج ترین و در عین حال کاملاً پر سر و صدا ، احتمال این است که محققانی که با رصدخانه موج گرانشی آمریکای شمالی Nanohertz (NANOGrav) کار می کنند ، که از کهکشان به عنوان ردیاب امواج گرانشی عظیم استفاده می کند ، سرانجام مشاهده کرده اند که یک امضای پس زمینه طولانی مدت در هنگام سیاه چاله های عظیم تولید می شود خرد و ادغام در سراسر جهان است. تفسیر دیگر می تواند از شبکه ارتعاشی رشته های کیهانی پرانرژی باشد که می تواند اطلاعات بسیار مفصلی در مورد اجزای اساسی واقعیت فیزیکی در اختیار دانشمندان قرار دهد. احتمال سوم این است که این همکاری متوجه ایجاد سیاه چاله های کوچک بی شماری در طلوع زمان شده است ، که خود می تواند ماده مرموز معروف به ماده تاریک را توضیح دهد.

کیارا مینگارلی ، فیزیکدان فیزیک نجومی دانشگاه کانتیکت در منزفیلد و عضو تیم NANOGrav گفت: “مردم سالهاست که رشته های فضایی و سیاهچاله های اولیه را پیش بینی می کنند و اکنون سرانجام ما یک سیگنال داریم.” “ما مطمئن نیستیم که این سیگنال چه چیزی تولید می کند ، اما بسیاری از مردم واقعاً بسیار هیجان زده هستند.”

جامعه فیزیکی از آزمایش های گسترده با امواج گرانشی زمینی ، مانند رصدخانه رصدخانه گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) و زوج اروپایی آن ویرجو ، چیزهای زیادی در مورد جهان آموخته است. اما دقیقاً همانطور که امواج الکترومغناطیسی طیفی از اشعه گاما خرد شده تا امواج رادیویی طولانی را در بر می گیرند ، امواج گرانشی نیز دامنه ارتعاشات کوچک را در زمان مکانی که هنگام ادغام سیاهچاله های اندازه خورشید با آنهایی که طول موج آنها قابل اندازه گیری است ، در سالهای نوری کنترل می کنند. که می تواند دهه ها طول بکشد تا از سیاره ما عبور کند. کاکوفونی های جمعی و همپوشانی این امواج بزرگتر ، که تصور می شود ناشی از برخورد سیاه چاله های اسب آبی در کمین مراکز کهکشان ها باشد ، مواردی است که همکاری NANOGrav برای گرفتن آن تلاش می کند.

این کار با تمرکز روی اجسامی موسوم به تپ اختر میلی ثانیه انجام می شود ، که وقتی منفجر می شود ستاره های عظیم به عنوان ابرنواختر ، قلب های باقیمانده با سرعت چرخش را پشت سر می گذارند. میدان مغناطیسی قوی تپ اختر می تواند پرتویی از تابش ایجاد کند که به اطراف تاب می خورد ، و زمین را به طور مکرر با نظمی عبور می دهد که با دقت ساعت های اتمی رقابت می کند. اگر تحریف در بافت زمان کیهانی بین سیاره ما و یک تپ اختر رخ دهد ، این ممکن است منجر به رسیدن این سیگنال کمی زودتر یا دیرتر از حد انتظار شود. اگر ما برای دیدن چنین جابجایی یک تلسکوپ بودیم ، احتمالاً معنی چندانی نخواهد داشت. اما NANOGrav نور بیش از 125 سال از 45 تپ اختر پراکنده در هزاران سال نوری را مشاهده کرد و به دنبال همبستگی بین زمان ورود آنها بود که می تواند وجود امواج گرانشی را نشان دهد.

در سپتامبر گذشته ، این همکاری مقاله ای را در سرور prepress arXiv.com منتشر کرد ، که میزبان مقالات علمی است که هنوز تحت بررسی همتا قرار نگرفته اند و نشان می دهد که تمام ضربانهای مشاهده شده آنها خیزهای مشابهی را نشان می دهد. (مقاله از آن زمان بازبینی و منتشر شده است.) مینگارلی گفت ، احتمال وقوع آن بین 1000 تا 10 هزار نفر است. به عنوان یک گروه ، NANOGrav محتاط است و از ادعای دیدن سیگنال موج گرانشی خودداری می کند ، که به همبستگی های بسیار خاصی بین زمان ورود سیگنال های ضربان آنها احتیاج دارد. این مانع استفاده سایر دانشمندان از داده ها نشد.

مارک لوئیکی ، فیزیکدان نظری در دانشگاه ورشو در لهستان ، به یاد می آورد که مطالعه NANOGrav اوایل صبح جمعه ظاهر شد و توسط همکار وی جان الیس از کالج کینگ لندن در انگلیس تا ساعت 10 صبح مشاهده شد. اگرچه توضیح معمول برای چنین سیگنالی پس زمینه عظیم گرانش سیاهچاله بود ، لویتسکی می دانست که مقصر دیگر رشته های فضایی است و شروع به انتشار مدل هایی کرد تا ببیند آیا این گزینه می تواند داده ها را بخواند یا خیر. وی گفت: “تا شنبه کاملاً واضح بود که مناسب است.”

محققان رشته های کیهانی را دوست دارند زیرا آنها مستقیماً وقایع کیهان شناسی را با فیزیک ذرات با انرژی بالا مرتبط می کنند. اندکی پس از انفجار بزرگ ، سه نیروی از چهار نیروی شناخته شده – الکترومغناطیسی و نیروی هسته ای ضعیف و ضعیف – با هم به یک ابرقدرت خرد می شوند. هنگامی که نیروی هسته ای قدرتمند آزاد شد ، جهان از طریق آنچه به عنوان تغییر فاز شناخته می شود ، مانند انجماد آب در یخ ، رخ می دهد. و دقیقاً همانطور که یک دریاچه یخ زده اغلب دارای شکاف های طولانی است که در اثر سخت شدن بیشتر آن ایجاد می شود ، فضای قابل رویت نیز مملو از لوله های عظیم تقریباً یک بعدی انرژی خواهد بود که از طول آن عبور می کنند. این اشیا مانند سیم های پیانو تنش دارند و می توانند امواج گرانشی را به لرزه در آورند که به نظر می رسد سیگنالی است که NANOGRAV گرفته است.

از آنجا که این رشته های کیهانی از ابتدای زمان منشأ گرفته اند ، آنها اطلاعاتی در مورد فرآیندهایی مانند تورم کیهانی دارند ، که طی آن تصور می شود جهان به دلیل عوامل گیج کننده ذهن و ایجاد ذرات مختلف در دماهای مختلف شدید به سرعت متورم شده است. کای اشمیتز ، فیزیکدان نظری در CERN در ژنو ، سوئیس. اطلاعات حاصل از شرایطی که ایجاد شتاب دهنده های ذرات مانند برخورد دهنده بزرگ هادرونی غیرممکن است می تواند به محققان کمک کند تا نظریه واحدی متحد را ایجاد کنند که بیشتر ذرات و نیروهای شناخته شده را جایگزین مدل استاندارد کنونی کند. اشمیتز به همراه دو همکار مقاله ای را در نامه های معاینه فیزیکی (PRL) ، توصیف می کند که چگونه رشته های فضایی می توانند داده های NANOGrav را در 28 ژانویه بخوانند ، مقاله مشابه لوئیکی و الیس در همان روز ظاهر شد.

یوجین لیم ، همچنین کیهان شناس در کالج کینگ ، گفت: “اگر رشته های فضایی را پیدا کنیم ، کشف کل زندگی من است.” “این مهمتر از بوزون هیگز است ، احتمالاً بیش از خود امواج گرانشی.”

به همین دلیل ، لیم ، كه همكار هیچ یك از دو مقاله نیست ، تأكید می كند كه چنین مفاهیمی باید با محدودیت فراوان در نظر گرفته شوند. همکاری با NANOGrav هنوز تأیید نکرده است که در واقع امواج گرانشی را می بیند و شکل طیف این امواج گرانشی هنوز ردیابی نشده است و مشخص نشده است که با تفسیر رشته های کیهانی مطابقت دارد ، هر کدام سالها طول می کشد.

در همین حال ، گروه دیگری از جامعه فیزیکی نشان می دهد که این سیگنال ممکن است از اجسامی که به سیاه چاله های اصلی معروف هستند نشأت گرفته باشد. بر خلاف سیاهچاله های معمولی ، که هنگام مرگ ستاره های غول پیکر متولد می شوند ، وقتی در اثر فرآیندهایی که در پایان تورم اتفاق افتاده است ، ماده و انرژی در فضا توزیع نشده و ناهموار توزیع می شوند ، در اوایل جهان شکل می گیرند. برخی از مناطق فوق متراکم می توانند تحت وزن خود فرو ریخته و سیاهچاله هایی در اندازه های مختلف ایجاد کنند. مشاهدات LIGO / Virgo ، كه می تواند ادغام بین سیاه چاله های اولیه را نشان دهد ، در حال حاضر این ذهنیت بسیاری از محققان را ایجاد كرده است كه این اشیا strange عجیب و غریب چیزی فراتر از جعل حدسی هستند. برخی از نظریه پردازان آنها را دوست دارند زیرا ، بعنوان موجوداتی که نور ساطع نمی کنند ، می توانند بخشی از ماده تاریک یا کل آن را حساب کنند.

آنتونیو ریوتو ، کیهان شناس ذره بینی در دانشگاه ژنو گفت: “این یک توضیح اقتصادی است” ، زیرا این امر نیازی به نظریه پردازی ذرات کشف نشده عجیب و غریب مانند WIMP یا محورها ندارد ، که تا کنون بر استدلال فیزیکدانان در مورد ماده تاریک تسلط دارند.

ریوتو همراه با دو نویسنده مشترک ، گزارش سومی را نوشته است که در آن دیده می شود PRL نشان می دهد که چگونه می توان سیگنال NANOGrav را با سیاهچاله های زیادی به اندازه سیارک ها ایجاد کرد که اندکی پس از انفجار بزرگ ایجاد شده اند ، و یک اثر موج گرانشی ایجاد می کند که امروز به ما سفر خواهد کرد. طبق این مدل ، این سیاهچاله های کوچک کوچک می توانند تا 100 درصد ماده تاریک جهان را در خود داشته باشند.

خوان گارسیا-بلیدو ، فیزیکدان نظری در دانشگاه خودمختار مادرید در اسپانیا ، که درگیر این موضوع نبوده است ، می گوید باید با احتیاط برخورد کرد. اگرچه داده های NANOGrav حاوی نکاتی است ، اما آنها یک مدل همبستگی بسیار مشخص را نشان نمی دهند که نشانگر امواج گرانشی باشد ، و بسیاری از حدس و گمان های او زودرس به نظر می رسد. وی می گوید: “من اولین کسی هستم که به سیاه چاله های باستانی امیدوار هستم.” “اما من می ترسم که او هنوز آنجا نباشد.”

با این حال ، انفجار فعالیت نظری نشان می دهد که فیزیکدانان چقدر جدی این نتایج را می گیرند. NANOGrav دو سال و نیم دیگر از داده های مربوط به تپ اخترها را دارد که آنها را بررسی می کند ، که می تواند به تشخیص اینکه برخی از این توضیحات یا ترکیبی زنده هستند ، کمک کند. آنها همچنین با همكاران بین المللی مانند Array همزمان Pulsar European (EPTA) و Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) در استرالیا كار می كنند ، كه هر كدام مشاهدات تپ اخترهای دیگری را دارند كه می تواند آنها را به یافتن همبستگی های لازم برای تعیین قطعی زمینه موج گرانشی ، فرایندی که باید قبل از پایان سال جاری آغاز شود.

مینگارلی گفت: “اگر وقتی همه داده های خود را با هم ترکیب کنیم سیگنالی نبینیم شوکه خواهم شد.”


منبع: khabar-dirooz.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*