الفلك

ما هي حالة اكتشافات الموجات الثقالية في CMB؟

ما هي حالة اكتشافات الموجات الثقالية في CMB؟

لم أكن على دراية بهذا الأمر ، لكن هل يمكن لأحد أن يخبرني ما هي حالة اكتشافات موجات الجاذبية البدائية في CMB؟ يمكن اكتشاف هذا بشكل أساسي من خلال ملاحظات الاستقطاب في الوضع B ، إذا لم أكن مخطئًا ، لكن هذه ستكون أضعف بكثير من إشارة الوضع E. هل تمكن فريق بلانك من تحقيق أي خطوات في هذا المجال؟


حالة أجهزة كشف الموجات الثقالية

البحث عن موجات الجاذبية على وشك الدخول في مرحلة مثيرة ، حيث أن جيلًا جديدًا من أجهزة الكشف الحساسة للغاية في طور الوصول إلى الإنترنت حول العالم. تنضم كواشف قياس التداخل في أوروبا والولايات المتحدة واليابان إلى شبكة من أجهزة الكشف عن الرنين في تقديم قدرات غير مسبوقة لرصد سماء الموجات الثقالية. أبعد من هذا الجيل من أجهزة الكشف ، تم تطوير خطط للإصدارات المتقدمة التي يمكنها رؤية الإشارات بترتيب أقل في السعة. مقاييس التداخل في الفضاء يتم تصورها أيضًا. مع كل هذه القدرة على المراقبة الجديدة ، من الواضح أن مجال علم فلك الموجات الثقالية سيتم إطلاقه قريبًا.


الملخص

في الذكرى المئوية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تستعرض هذه الورقة الحالة الحالية لعلم فلك الموجات الثقالية عبر طيف يمتد من ترددات أتوهيرتز إلى ترددات كيلوهرتز. الطائفة. يستعرض الجزء الأول من هذه الورقة التطور التاريخي لعلم فلك الموجات الثقالية من التنبؤ الأول لأينشتاين إلى فهمنا الحالي للطيف. يتضح أن اكتشاف الإشارات في طيف التردد الصوتي يمكن توقعه قريبًا جدًا ، وأن زوجًا من أجهزة الكشف بين الشمال والجنوب من الجيل التالي سيوفر فوائد علمية كبيرة. الطائفة. 2 ـ يستعرض نظرية الموجات الثقالية ومبادئ الكشف باستخدام قياس التداخل بالليزر. ثم يتم وصف أحدث أجهزة كشف LIGO المتقدمة. تتمتع هذه الكواشف بفرصة كبيرة لاكتشاف الأحداث الأولى في المستقبل القريب. الطائفة. 3 يستعرض كاشف KAGRA قيد التطوير حاليًا في اليابان ، والذي سيكون أول كاشف لمقياس التداخل بالليزر يستخدم كتل الاختبار المبردة. الطائفة. يستعرض 4 من هذه الورقة الكشف عن الموجات الثقالية في نطاق التردد النانوي باستخدام تقنية توقيت النجم النابض. الطائفة. 5 يستعرض حالة اكتشاف الموجات الثقالية في نطاق تردد أتوهيرتز ، ويمكن اكتشافه في استقطاب الخلفية الميكروية الكونية ، ويناقش احتمالات اكتشاف الموجات البدائية من الانفجار الأعظم. التقنيات الموصوفة في الطوائف. 1-5 وضعوا بالفعل حدودًا كبيرة لقوة مصادر الموجات الثقالية. طوائف. يستعرض الشكلان 6 و 7 الخطط الطموحة لكاشفات الموجات الثقالية الفضائية في نطاق تردد ملي هرتز. الطائفة. يقدم الشكل 6 خارطة طريق لتطوير كاشفات موجات الجاذبية الفضائية من قبل الصين أثناء الطائفة. يناقش الشكل 7 تقنية تمكين رئيسية لقياس التداخل في الفضاء تُعرف باسم قياس التداخل لتأخير الوقت.


علم فلك الموجات الثقالية: الوضع الحالي

في الذكرى المئوية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تستعرض هذه الورقة الحالة الحالية لعلم فلك الموجات الثقالية عبر طيف يمتد من ترددات أتوهيرتز إلى ترددات كيلوهرتز. الطائفة. يستعرض الجزء الأول من هذه الورقة التطور التاريخي لعلم فلك الموجات الثقالية من التنبؤ الأول لأينشتاين إلى فهمنا الحالي للطيف. يتضح أن اكتشاف الإشارات في طيف التردد الصوتي يمكن توقعه قريبًا جدًا ، وأن زوجًا من أجهزة الكشف بين الشمال والجنوب من الجيل التالي سيوفر فوائد علمية كبيرة. الطائفة. 2 ـ يستعرض نظرية موجات الجاذبية ومبادئ الكشف باستخدام قياس التداخل بالليزر. ثم يتم وصف أحدث أجهزة كشف LIGO المتقدمة. تتمتع هذه الكواشف بفرصة عالية لاكتشاف الأحداث الأولى في المستقبل القريب. الطائفة. 3 يستعرض كاشف KAGRA قيد التطوير حاليًا في اليابان ، والذي سيكون أول كاشف لمقياس التداخل بالليزر يستخدم كتل الاختبار المبردة. الطائفة. يستعرض 4 من هذه الورقة الكشف عن الموجات الثقالية في نطاق التردد النانوي باستخدام تقنية توقيت النجم النابض. الطائفة. 5 يستعرض حالة اكتشاف الموجات الثقالية في نطاق تردد أتوهيرتز ، والذي يمكن اكتشافه في استقطاب الخلفية الميكروية الكونية ، ويناقش احتمالات اكتشاف الموجات البدائية من الانفجار الأعظم. التقنيات الموصوفة في الطوائف. 1-5 وضعوا بالفعل حدودًا كبيرة لقوة مصادر الموجات الثقالية. طوائف. يستعرض الشكلان 6 و 7 الخطط الطموحة لكاشفات الموجات الثقالية الفضائية في نطاق تردد ملي هرتز. الطائفة. يقدم الشكل 6 خارطة طريق لتطوير كاشفات موجات الجاذبية الفضائية من قبل الصين أثناء الطائفة. يناقش الشكل 7 تقنية تمكين رئيسية لقياس التداخل في الفضاء تُعرف باسم قياس التداخل لتأخير الوقت.


بمجرد أن يتعذر اكتشافها ، تأتي موجات الجاذبية بشكل كثيف وسريع

لا يمكننا فقط الاستماع إلى أصداء الكون ، ولكن يمكننا الآن فهم ما يخبروننا به أيضًا.

في 14 سبتمبر 2015 ، اكتشف العلماء أول إشارة لموجة الجاذبية.

كانت الموجة عبارة عن تموج اندماج بين ثقبين أسودين اصطدموا قبل 1.3 مليار سنة.

كان اكتشافًا تاريخيًا للفيزياء الفلكية. على مدى السنوات الأربع التالية ، اكتشف العلماء 11 من هذه الأصداء في الكون ، نتجت عن أجسام ضخمة في الكون تتحرك بسرعة.

ولكن في يوم من الأيام كان على العلماء ندرة البحث في الكون ، فإن موجات الجاذبية أصبحت الآن كثيفة وسريعة. يوم الأربعاء ، أعلن العلماء في مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) وكاشف العذراء عن المزيد تم الكشف عن 39 إشارة موجات ثقالية في ستة أشهر فقط في عام 2019.

تحدث موجات الجاذبية بسبب الكتل المتسارعة للكائنات الكونية ، والتي ترسل موجات بسرعة الضوء. يمكن للعلماء الاستماع إلى أصداء الكون هذه بفضل أجهزة الكشف عن مرصد الجاذبية بمقياس التداخل الليزري (LIGO) وكاشف العذراء.

جاء هذا الإعلان عندما أصدر تعاون LIGO و Virgo كتالوج Gravitational-Wave Transient Catalog 2.

رؤية موسعة - يتذكر فرانك أوم ، رئيس مجموعة بحثية مستقلة في معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية في هانوفر بألمانيا ، أنه قبل أول اكتشاف للإشارة في عام 2015 ، لم تكن التكنولوجيا جيدة بما يكفي لرؤية ذلك بعيدًا في الكون.

بين عامي 2013 و 2015 ، تم فصل أدوات الكاشفات عن الإنترنت لإجراء إصلاح تكنولوجي كبير. كان التحديث الذي يحتاجونه.

& quot؛ يمكننا أن ننظر إلى أبعد من ذلك ونلتقط إشارة كانت أعلى من الضوضاء ، & quot؛ يقول أومي معكوس. & quot الوصول إلى الحساسية حيث يمكننا أخيرًا رؤية ما يكفي من الكون. & quot

كانت غالبية الأحداث الجديدة التي التقطتها الكواشف ناتجة عن اصطدام ثقبين أسودين. لكن قد يكون سبب اثنين من النجوم النيوترونية الثنائية. وقد يكون أحد أحدث الاكتشافات ، الذي أطلق عليه اسم GW190426_152155 ، أيضًا اندماج ثقب أسود بحوالي ست كتل شمسية مع نجم نيوتروني.

يستطيع العلماء التمييز بين الأصوات الناتجة عن اندماج ثقبين أسودين معًا وتلك الناتجة عن النجوم النيوترونية أو غيرها من الأحداث من خلال تتبع الترددات الناتجة عن تلك الأحداث ، وفقًا لأوم.

"الأمر كله يتعلق بالأصوات ، كيف أعرف أنني أتحدث إلى زوجتي بدلاً من شخص غريب على الهاتف ،" يقول. & quotI يمكنني القيام بذلك لأنني تعلمت ترددات أصوات الأشخاص ، & quot كما يشرح.

تبدو موجات الجاذبية وكأنها زقزقة عالية النبرة. يأتي الزقزقة بتردد منخفض ، لكن لا يزال الإنسان قادرًا على سماعه. اعتمادًا على حجم الغرد - مدى ارتفاعه بشكل أساسي - يمكن للعلماء تحديد كتلة الأشياء التي تنتج الصوت.

لا تراها ، اسمعها - عندما يتعلق الأمر بمراقبة الكون ، كان علماء الفلك تاريخياً مقتصرين على استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي أو الضوء لدراسة الأجسام في الفضاء. ولكن عندما ينتقل الضوء نحونا ، فإنه يتفاعل مع عناصر مختلفة في الفضاء الخارجي ، بما في ذلك الغبار ، مما يحجب رؤيتنا للكون.

& quot ؛ موجات الجاذبية مختلفة اختلافًا جوهريًا ، فهي لا تتفاعل مع الأشياء التي تعترض طريقها ، & quot ؛ يقول أوم. أيا كان ما يعترض طريقه ، فإنه يمر بشكل أساسي. & quot

توفر موجات الجاذبية أيضًا لعلماء الفلك وسيلة لاستكشاف "الجانب المظلم" للكون - المادة غير المرئية التي لولا ذلك لما كانت لتظهر باستخدام تقنيات المراقبة القائمة على الضوء ، مثل اندماج ثقبين أسودين.

& quot [الموجات] تأتي من داخل العملية ، بينما ينتج الضوء من الخارج من هذا الاصطدام ، يشرح أومه.

قد يكون جزء من سبب ظهور عدد كبير من الاكتشافات في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة متعلقًا بكيفية صيانة أجهزة الكشف. يقوم الباحثون الذين يديرون أجهزة الكشف بإيقاف تشغيلها بشكل دوري لإجراء التحديثات ، قبل إعادة تشغيلها. في كل مرة يعيدون تشغيلها ، تكون هذه الأدوات أكثر حساسية من ذي قبل.

مع كل إعادة تعيين القرص الصلب ، يمكن أن تصبح الاكتشافات والاكتشافات الجديدة شائعة. يقول أومي إنه في المستقبل ربما يستمع العلماء إلى واحدة جديدة كل يوم - وهو إنجاز مذهل بالنظر إلى أنه قبل خمس سنوات فقط ، كانت موجات الجاذبية حكراً على النظرية.


LIGO و Virgo يعلنان عن أربعة اكتشافات جديدة

تعاون LIGO العلمي (LSC)

في يوم السبت ، 1 ديسمبر ، قدم العلماء الذين حضروا ورشة عمل فيزياء الموجات الثقالية وعلم الفلك في كوليدج بارك ، ميريلاند ، نتائج جديدة من مؤسسة العلوم الوطنية & # 39 s LIGO (مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية) وكاشف الموجات الثقالية VIRGO في أوروبا. فيما يتعلق ببحثهم عن الأجرام الكونية المدمجة ، مثل أزواج الثقوب السوداء وأزواج النجوم النيوترونية. اكتشف التعاون بين LIGO و Virgo الآن بثقة موجات جاذبية من إجمالي 10 عمليات اندماج ثقب أسود ثنائي الكتلة النجمية واندماج واحد للنجوم النيوترونية ، وهي البقايا الكروية الكثيفة للانفجارات النجمية. تم الإبلاغ من قبل عن ستة من أحداث اندماج الثقوب السوداء ، بينما تم الإعلان عن أربعة أحداث جديدة.

من 12 سبتمبر 2015 إلى 19 يناير 2016 ، خلال أول عملية رصد لليجو منذ أن خضعت للترقيات في برنامج يسمى Advanced LIGO ، تم اكتشاف موجات الجاذبية من ثلاث عمليات اندماج ثنائية للثقب الأسود. أسفرت جولة المراقبة الثانية ، التي استمرت من 30 نوفمبر 2016 إلى 25 أغسطس 2017 ، عن اندماج ثنائي ثنائي للنجم النيوتروني وسبع عمليات اندماج إضافية للثقب الأسود ، بما في ذلك أحداث الموجات الثقالية الأربعة الجديدة التي تم الإبلاغ عنها الآن. تُعرف الأحداث الجديدة باسم GW170729 و GW170809 و GW170818 و GW170823 ، بالإشارة إلى التواريخ التي تم اكتشافها فيها.

تم تضمين جميع الأحداث في كتالوج جديد ، تم إصداره أيضًا يوم السبت ، مع تحطيم بعض الأحداث للأرقام القياسية. على سبيل المثال ، الحدث الجديد GW170729 ، الذي تم اكتشافه في جولة المراقبة الثانية في 29 يوليو 2017 ، هو أكبر مصدر لموجات الجاذبية تم رصده على الإطلاق وأبعده. في هذا الاندماج ، الذي حدث منذ ما يقرب من 5 مليارات سنة ، تم تحويل طاقة مكافئة من خمسة كتل شمسية تقريبًا إلى إشعاع ثقالي.

كان GW170814 أول اندماج ثنائي للثقب الأسود تم قياسه بواسطة شبكة الكاشف الثلاثة ، وسمح بإجراء الاختبارات الأولى لاستقطاب الموجة الثقالية (المشابه لاستقطاب الضوء).

يمثل الحدث GW170817 ، الذي تم اكتشافه بعد ثلاثة أيام من GW170814 ، المرة الأولى التي لوحظت فيها موجات الجاذبية من اندماج نظام نجمي نيوتروني ثنائي. علاوة على ذلك ، شوهد هذا الاصطدام في موجات الجاذبية والضوء ، مما يمثل فصلًا جديدًا مثيرًا في علم الفلك متعدد الرسائل ، حيث تُرصد الأجسام الكونية في وقت واحد في أشكال مختلفة من الإشعاع.

أحد الأحداث الجديدة ، GW170818 ، الذي تم اكتشافه بواسطة الشبكة العالمية التي شكلتها مراصد LIGO و Virgo ، تم تحديده بدقة شديدة في السماء. تم تحديد موقع الثقوب السوداء الثنائية ، التي تقع على بعد 2.5 مليار سنة ضوئية من الأرض ، في السماء بدقة 39 درجة مربعة. وهذا يجعله ثاني أفضل مصدر لموجات الجاذبية المحلية بعد اندماج النجوم النيوترونية GW170817.

يقول ألبرت لازاريني ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، نائب مدير مختبر LIGO: "إن إطلاق أربع عمليات اندماج إضافية للثقب الأسود الثنائي يُطلعنا على طبيعة مجموعات هذه الأنظمة الثنائية في الكون ويقيد بشكل أفضل معدل الأحداث لهذه الأنواع من الأحداث . & مثل

& quot في عام واحد فقط ، عمل كل من LIGO و VIRGO معًا على تطوير علم موجات الجاذبية بشكل كبير ، ويشير معدل الاكتشاف إلى أن النتائج الأكثر إثارة لم تأت بعد ، & rdquo تقول Denise Caldwell ، مديرة NSF & # 39 s Division of Physics. تعتبر إنجازات NSF & # 39s LIGO وشركائها الدوليين مصدر فخر للوكالة ، ونتوقع المزيد من التقدم حيث تصبح حساسية LIGO & # 39 أفضل وأفضل في العام المقبل. & quot

& quot ؛ يجب أن تسفر جولة المراقبة التالية ، التي تبدأ في ربيع 2019 ، عن العديد من المرشحين لموجات الجاذبية ، وسوف ينمو العلم الذي يمكن للمجتمع أن ينجزه وفقًا لذلك ، '' يقول David Shoemaker ، المتحدث باسم LIGO Scientific Collaboration وعالم أبحاث أول في MIT & rsquos Kavli Institute for الفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء. & quotIt & # 39s وقت مثير بشكل لا يصدق. & quot

& quot إنه لمن دواعي السرور رؤية الإمكانات الجديدة التي أصبحت متاحة من خلال إضافة Advanced Virgo إلى الشبكة العالمية ، كما يقول Jo van den Brand of Nikhef (المعهد الوطني الهولندي للفيزياء دون الذرية) وجامعة VU بأمستردام ، وهو المتحدث باسم تعاون العذراء. & quot؛ ستسمح دقة التوجيه المحسّنة بشكل كبير لعلماء الفلك بالعثور بسرعة على أي مراسلات كونية أخرى تنبعث من مصادر موجات الجاذبية. & quot لقد أصبحت قدرة التأشير المعززة لشبكة LIGO-Virgo ممكنة من خلال استغلال التأخير الزمني لوصول الإشارة إلى المواقع المختلفة وما يسمى أنماط الهوائي لمقاييس التداخل.

يعد الكتالوج الجديد دليلاً آخر على التعاون الدولي المثالي لمجتمع الموجات الجاذبية وأحد الأصول لعمليات التشغيل والترقيات القادمة & quot ، كما يضيف ستافروس كاتسانيفاس ، مدير شركة EGO.

تقدم الأوراق العلمية التي تصف هذه النتائج الجديدة ، والتي تم نشرها في البداية على مستودع arXiv للطباعة الإلكترونية ، معلومات مفصلة في شكل كتالوج لجميع اكتشافات موجات الجاذبية والأحداث المرشحة لمسارتي المراقبة بالإضافة إلى وصف الخصائص من سكان الثقب الأسود المندمج. والجدير بالذكر أننا نجد أن جميع الثقوب السوداء التي تكونت من النجوم تقريبًا أخف من كتلة الشمس بمقدار 45 مرة. بفضل معالجة البيانات الأكثر تقدمًا والمعايرة الأفضل للأجهزة ، زادت دقة المعلمات الفيزيائية الفلكية للأحداث المعلن عنها سابقًا بشكل كبير.

تقول لورا كادوناتي ، نائبة المتحدث الرسمي باسم LIGO Scientific Collaboration ، إن هذه الاكتشافات الجديدة لم تكن ممكنة إلا من خلال العمل الدؤوب والمنسق بعناية لمفوضي الكاشف في المراصد الثلاثة ، والعلماء في جميع أنحاء العالم المسؤولين عن جودة البيانات وتنظيفها ، والبحث عن الإشارات المدفونة ، وتقدير المعلمات لكل مرشح و [مدش] كل تخصص علمي يتطلب خبرة وتجربة هائلة. & quot


علم فلك الموجات الثقالية: الوضع الحالي

في الذكرى المئوية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تستعرض هذه الورقة الحالة الحالية لعلم فلك الموجات الثقالية عبر طيف يمتد من ترددات أتوهيرتز إلى ترددات كيلوهرتز. الطائفة. يستعرض الجزء الأول من هذه الورقة التطور التاريخي لعلم فلك الموجات الثقالية من التنبؤ الأول لأينشتاين إلى فهمنا الحالي للطيف. يتضح أن اكتشاف الإشارات في طيف التردد الصوتي يمكن توقعه قريبًا جدًا ، وأن زوجًا من أجهزة الكشف بين الشمال والجنوب من الجيل التالي سيوفر فوائد علمية كبيرة. الطائفة. 2 ـ يستعرض نظرية الموجات الثقالية ومبادئ الكشف باستخدام قياس التداخل بالليزر. ثم يتم وصف أحدث أجهزة كشف LIGO المتقدمة. تتمتع هذه الكواشف بفرصة كبيرة لاكتشاف الأحداث الأولى في المستقبل القريب. الطائفة. 3 يستعرض كاشف KAGRA قيد التطوير حاليًا في اليابان ، والذي سيكون أول كاشف لمقياس التداخل بالليزر يستخدم كتل الاختبار المبردة. الطائفة. يستعرض 4 من هذه الورقة الكشف عن الموجات الثقالية في نطاق التردد النانوي باستخدام تقنية توقيت النجم النابض. الطائفة. 5 يستعرض حالة اكتشاف الموجات الثقالية في نطاق تردد أتوهيرتز ، والذي يمكن اكتشافه في استقطاب الخلفية الميكروية الكونية ، ويناقش احتمالات اكتشاف الموجات البدائية من الانفجار الأعظم. التقنيات الموصوفة في الطوائف. 1-5 وضعوا بالفعل حدودًا كبيرة لقوة مصادر الموجات الثقالية. طوائف. يراجع 6 و 7 الخطط الطموحة لكاشفات موجات الجاذبية الفضائية في نطاق تردد ملي هرتز. الطائفة. يقدم الشكل 6 خارطة طريق لتطوير كاشفات موجات الجاذبية الفضائية من قبل الصين أثناء الطائفة. يناقش الشكل 7 تقنية تمكين رئيسية لقياس التداخل في الفضاء تُعرف باسم قياس التداخل لتأخير الوقت.


موجات الجاذبية

بشكل عام ، الموجة هي نمط ينتشر.

يمكن تصنيف الموجات اعتمادًا على طبيعة التفاعل الذي يخلقها.

موجات مرنة

الموجات الصوتية هي موجة مرنة (Credit: Anirban Ain)

موجة تنتشر بواسطة وسيط به خمول ومرونة ، حيث تنقل الجسيمات النازحة الزخم إلى الجسيمات المجاورة ، وتستعيد هي نفسها إلى موقعها الأصلي.

وكذلك تموجات الماء (مصدر الصورة: Paul Doherty)

موجات كهرومغناطيسية

EM Wave (Credit: Amanda Mcpherson)

موجة من الطاقة تنتشر كاضطراب دوري للمجال الكهربائي والمغناطيسي عندما تتذبذب الشحنة الكهربائية أو تتسارع. الضوء المرئي عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ذات نطاق تردد معين.

EM Spectrum (Credit: Philip Ronan)

موجات الجاذبية

مصدر الصورة NASA الحركة السريعة للأجسام الضخمة تخلق تموجات في الزمكان

تم التنبؤ في نظرية أينشتاين العامة للنسبية ، أن موجات الجاذبية هي اضطرابات انتشار في انحناء الزمكان الناجم عن حركات المادة. لا تنتقل موجات الجاذبية & # 8220 عبر & # 8221 الزمكان على هذا النحو & # 8211 نسيج الزمكان نفسه يتأرجح.

لماذا دراسة GW

تلسكوب جاليليو # 8217s (Credit: dpa-picture alliance)

علم الفلك من أقدم العلوم. في العصور القديمة ، كان علم الفلك يتألف فقط من المراقبة والتنبؤ بحركات الأجسام المرئية بالعين المجردة.

بدأ عصر جديد من علم الفلك باختراع جاليليو التلسكوب. مكنتنا هذه الأداة الجديدة من ملاحظة أشياء لم تتم ملاحظتها من قبل ، مما سمح باكتشاف واختبار قوانين جديدة للفيزياء.

لقد غيرت التلسكوبات الطريقة التي ينظر بها الإنسان إلى نفسه فيما يتعلق بالكون.

في الأربعمائة عام الماضية ، درسنا تقريبًا كل نافذة متاحة من الطيف الكهرومغناطيسي ، مما أدى إلى تغيير جذري في فهمنا للكون.

اليوم ، نحن على حافة حدود جديدة في علم الفلك: علم فلك الموجات الثقالية. نظرًا لأن الكون أكثر شفافية تجاه الجاذبية ، فسوف تستكشف هذه الدراسة جانبًا غير معروف من الكون ويمكن تسميتها محاولتنا لبناء أول تلسكوب موجات ثقالية.

كاشف VIRGO في بيزا ، إيطاليا (الائتمان: تعاون العذراء)

كاشف LIGO في ليفينغستون ، الولايات المتحدة الأمريكية (Credit: Caltech / MIT / LIGO Lab)

مصادر GW

هناك العديد من الأحداث الفيزيائية الفلكية والكونية التي تنبعث منها كمية كبيرة من GW. يمكن تصنيف هذه المصادر في الفئات التالية.

انسبايرال

يتم إنشاء موجات الجاذبية إنسيرال خلال مرحلة نهاية الحياة للأنظمة الثنائية حيث يندمج الجسمان في واحد. عادة ما تكون هذه الأنظمة عبارة عن نجمين نيوترونيين أو ثقبين أسودين أو نجم نيوتروني وثقب أسود تدهورت مداراتهما إلى درجة أن الكتلتين على وشك الالتحام.

دمج ثنائي
(الائتمان: NASA / GSFC / D.Berry)

مستمر

تنتج موجات الجاذبية المستمرة عن طريق أنظمة فيزيائية فلكية ضخمة لها تردد ثابت ومحدَّد جيدًا. ومن الأمثلة على هذه الأنظمة النجمية الثنائية أو الثقب الأسود التي تدور حول بعضها البعض أو نجم واحد يدور بسرعة حول محوره بجبل كبير أو غير منتظم عليه.

انفجار

قد تؤدي الأحداث المتفجرة مثل المستعرات الأعظمية وانفجارات أشعة جاما إلى اندفاعات من موجات الجاذبية. لا يزال الشكل الدقيق الذي ستتخذه هذه الموجات غير معروف. من المتوقع حدوث ما هو غير متوقع في انفجار موجات الجاذبية. من المتوقع أن تكون الإشارات من رشقات نارية قصيرة الأجل "فرقعة" و "طقطقة".

سديم السلطعون
(الائتمان: NASA، ESA، J.Hester، A.Loll (ASU))

العشوائية

يمكن لموجات الجاذبية الأثرية من الانفجار العظيم ، مثل خلفية الموجة الكونية الدقيقة (CMB) ولكن من كون أصغر بكثير ، أن تخلق خلفية عشوائية. يمكن أن تنشأ الإشارات العشوائية أيضًا من عدد كبير من الأحداث العشوائية غير المترابطة في مجرة ​​أو عنقود مجرات على سبيل المثال.

خلفية عشوائية
(الائتمان: ناسا)

طيف GW

في حين أن الموجات الكهرومغناطيسية الفيزيائية الفلكية غير متماسكة ولها أطوال موجية أصغر بكثير من مصادرها ، وتتراوح من بضعة كيلومترات نزولاً إلى أطوال موجات تحت نووية ، فإن موجات الجاذبية متماسكة ولها أطوال موجية أكبر من مصادرها ، مع أطوال موجية تبدأ من بضعة كيلومترات وتتراوح لحجم الكون.

يمكن العثور على ملصق يشرح أساسيات GW هنا.

نحن جزء من LIGO Scientific Collaboration - مجموعة مكونة من أكثر من 900 عالم حول العالم انضموا معًا في البحث عن موجات الجاذبية. تسعى المجموعة إلى استخدامها لاستكشاف الفيزياء الأساسية للجاذبية ، وتطوير المجال الناشئ لعلم الموجات الثقالية كأداة للاكتشاف الفلكي.

عنوان:
IUCAA، PO Bag 4، Ganeshkhind،
حرم جامعة S. P. Pune ،
بيون - 411007 ، الهند


LIGO و Virgo يعلنان عن اكتشافات جديدة في كتالوج موجات الجاذبية المحدث

تم نشر الكتالوج الثاني لأحداث الموجات الثقالية "GWTC-2" اليوم. منذ سبتمبر 2015 ، اكتشف LIGO / Virgo 50 موجة جاذبية ، بما في ذلك 39 موجة جديدة من النصف الأول من O3. يوضح هذا الرسم إجمالي عدد وكتل الثقب الأسود LIGO / Virgo وأحداث اندماج النجوم النيوترونية (باللون الأزرق) مقارنة بالثقوب السوداء المعروفة سابقًا (باللون الأرجواني). تتم الإشارة إلى عمليات الاندماج بواسطة أسهم تربط كائنين سلفين بجسم نهائي مدمج ذي كتلة أعلى.
LIGO-Virgo / Northwestern U / Frank Elavsky & amp Aaron Geller

بعد عدة أشهر من التحليل الشامل ، أصدر LIGO Scientific Collaboration و Virgo Collaboration كتالوجًا محدثًا لاكتشافات موجات الجاذبية. يحتوي الكتالوج على 39 إشارة جديدة من الثقوب السوداء أو تصادم النجوم النيوترونية المكتشفة بين 1 أبريل - أكتوبر. 1 ، 2019 ، وهو ما يزيد عن ثلاثة أضعاف عدد الاكتشافات المؤكدة. تتضمن المجموعة الجديدة بعضًا من أكثر الأنظمة إثارة للاهتمام التي شوهدت حتى الآن ، وتمكن من إجراء دراسات نوعية جديدة للسكان الفيزيائية الفلكية والفيزياء الأساسية.

أصبحت الزيادة الحادة في عدد عمليات الكشف ممكنة من خلال التحسينات الكبيرة للأجهزة فيما يتعلق بفترات المراقبة السابقة. وشمل ذلك زيادة طاقة الليزر ، وتحسين المرايا ، واستخدام تقنية الضغط الكمي بشكل ملحوظ. مجتمعة ، أدت هذه التحسينات إلى تحسن بنسبة 60 بالمائة تقريبًا في النطاق الذي يمكن اكتشاف الإشارات فيه. كانت الكاشفات أيضًا قادرة على العمل دون انقطاع في كثير من الأحيان أكثر مما كانت عليه في الماضي ، مع دورة عمل محسّنة تبلغ حوالي 75 بالمائة ، مقابل حوالي 60 بالمائة سابقًا.

"كعالم آلات ، ينصب تركيزك على تحسين الأداة طوال الوقت. لذلك ، حتى عندما تكون الأداة قيد المراقبة ، فإننا ننظر إلى البيانات التي تخرج منها لمعرفة ما إذا كان هناك ضوضاء في مكان ما لا نتوقع وجوده "، مرشح قسم الفيزياء وعلم الفلك LSU ، كوري أوستن ، الذي يعمل في ليجو ليفينجستون مع مستشاره ورئيس المرصد جوزيف جيايم.

مع كل الإشارات الجديدة ، يمكن للمجتمع العلمي البدء في فهم مجموعات الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية بشكل أفضل. يمكن أن يؤدي تحليل مجموع عمليات اندماج الثقوب السوداء الثنائية في وقت واحد إلى زيادة المعلومات الفيزيائية الفلكية المستخرجة. يُستنتج أن توزيع كتل الثقب الأسود لا يتبع توزيعًا بسيطًا لقانون القوة. سيؤدي قياس الانحرافات عن قانون القوة هذا إلى تحسين القدرة على التعرف على تكوين هذه الثقوب السوداء ، إما نتيجة موت نجمي أو اصطدامات سابقة. يساعد أيضًا النظر إلى المجموعة بأكملها معًا في إجراء قياسات أقوى للخصائص التي يصعب قياسها مثل دوران الثقب الأسود. تحتوي بعض الثقوب السوداء المندمجة على دوران غير متوازي مع الزخم الزاوي المداري. سيساعد هذا في التحقيق في الأنظمة التي تشكلت فيها هذه الثنائيات.

ستضع الإشارات العديدة في الكتالوج المحدث نظرية أينشتاين في الجاذبية على المحك بطرق أكثر وأفضل من ذي قبل. تم ذلك عن طريق مقارنة البيانات بالتنبؤات من النظرية وتقييد الانحرافات المحتملة. تم دمج النتائج من إشارات متعددة باستخدام طرق إحصائية جديدة للحصول على أشد القيود حتى الآن على خصائص الجاذبية في النظام القوي والديناميكي لعمليات اندماج الثقوب السوداء. مع الكتالوج الجديد ، تمكن LIGO و Virgo أيضًا من دراسة خصائص الأشياء المتبقية التي تم إنتاجها أثناء عمليات الدمج بشكل مباشر: من خلال قياس اهتزازات هذه الكائنات ، واستبعاد "أصداء" محتملة بعد الإشارات الرئيسية ، أكد LIGO و Virgo أن البقايا تصرفت كما هو متوقع من الثقوب السوداء في نظرية أينشتاين.

"ما زلنا بحاجة لمعرفة المزيد عن الكون. فقط فكر في كيفية اكتشافنا لعناصر جديدة ، والتي أصبحت الآن معرفة شائعة "، هذا ما قاله الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في LSU ، Guillermo Valdes ، الذي يعمل في LIGO Livingston كجزء من الفريق ، بقيادة البروفيسور LSU Boyd Gabriela González ، والذي يعمل باستمرار على تحسين حساسية أداة.

النتائج الواردة في الكتالوج الجديد على موقع ligo.org تتوافق فقط مع الأشهر الستة الأولى من تشغيل LIGO و Virgo للرصد الثالث. يجري حاليًا تحليل نتائج الأشهر الخمسة المتبقية. في غضون ذلك ، تخضع أدوات LIGO و Virgo للترقيات استعدادًا لجولة المراقبة الرابعة ، والتي سينضم إليها أيضًا كاشف KAGRA في اليابان. المزيد من الاكتشافات المثيرة تلوح في الأفق.

يمكن العثور على ملخص علمي لورقة كتالوج GWTC-2 بالكامل هنا: ligo.org/science/Publication-O3aCatalog/index.php

يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول أول كتالوج LIGO / Virgo لموجة الجاذبية العابرة (GWTC-1) في هاتين الورقتين:


مصادر الكشف العامة

  • القائمة الكاملة لمنشورات LSC. (راجع Runs O1 والإصدارات الأحدث للأوراق بعد الاكتشاف الأول.): قم بتنزيل بيانات LIGO / Virgo أو استكشف البرامج التعليمية حول تحليل بيانات الموجة الثقالية. راجع أيضًا صفحة إصدار البيانات لتنزيل بيانات LIGO / Virgo. وتاريخ موجز لمشروع LIGO.
  • تحتوي صفحة أصول Caltech Media للجهاز GW150914 على ثروة من المستندات والرسومات ومقاطع الفيديو المفيدة. : رسم تفاعلي يُظهر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والنجوم النيوترونية المعروفة بقياسات الكتلة. (Northwestern / Frank Elavsky / LIGO-Virgo): رسم تفاعلي يظهر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية المعروفة من الموجات الثقالية المرشحة وثنائيات الأشعة السينية. (كلية الفيزياء والفلك بجامعة كارديف / كريس نورث): مخطط تفاعلي يعرض خصائص اكتشاف موجات الجاذبية والمرشحات. (كلية الفيزياء والفلك بجامعة كارديف / كريس نورث): عارض موجي ثقالي تفاعلي ، يُظهر أشكال إشارات موجة الجاذبية التي اكتشفها LIGO-Virgo (كلية الفيزياء والفلك بجامعة كارديف / كريس نورث): موقع ويب يشرح LIGO الاكتشافات وفيزياء الموجات الثقالية عن طريق التناظر بين موجات الجاذبية والإشارات الصوتية. (جامعة ولاية مونتكلير / مارك فافاتا): أداة تفاعلية تتيح لك مقارنة رؤى الكون في مجموعة من الأطوال الموجية. يُظهر أيضًا مواقع إشارات الموجات الثقالية المكتشفة. (مجموعات أجهزة علم الفلك وعلم الفلك بجامعة كارديف): مشروع علم المواطن لمساعدة LIGO في البحث عن موجات الجاذبية من خلال تحسين تصنيف الخلل. : استخدم وقت المعالجة الخاملة لجهاز الكمبيوتر الخاص بك للمساعدة في البحث عن النجوم النابضة باستخدام بيانات موجات الجاذبية والراديو وأشعة جاما. : يحتوي على مواد أساسية حول موجات الجاذبية وأنشطة الفصل الدراسي التي تتوافق مع معايير العلوم من رياض الأطفال وحتى الصف الثاني عشر. (جامعة ولاية سونوما) استضافتها في موقع LIGO Lab. وصفحة Facebook وصفحة Twitter.
  • نغمات "Chirp" من أول عمليتي اكتشاف LIGO. (تعليمات). GW150914 [ملف m4r (iPhone) | ملف mp3 (أندرويد)] GW151226 [ملف m4r (آيفون) | ملف mp3 (Android)]

الملخص

  • APA
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • هارفارد
  • اساسي
  • RIS
  • فانكوفر

علم فلك الموجات الثقالية: الوضع الحالي. / بلير ، ديفيد جو ، لي تشاو ، تشونونج ون ، لينكينج تشو ، تشي فانغ ، كي كاي ، R.G. جاو ، جيه آر لين ، إكس سي. Liu، D. Wu، L.A. Zhu، Z.H. Reitze ، D.H. Arai ، K. Zhang ، F. Flaminio ، R. Zhu ، Xingjiang Hobbs ، G. Manchester ، R.N. شانون ، ر. Baccigalupi، C. Gao، W. Xu، P. Bian، X. Cao، Z.J. تشانغ ، Z.J. دونغ ، بي غونغ ، إكس إف. هوانغ ، س. جو ، ب.لو ، زد. تشيانغ ، ل. تانغ ، دبليو. وان ، X.Y. وانغ ، واي. شو ، S.N. Zang ، Y.L. تشانغ ، هـ. لاو ، ي. ني ، دبليو.

مخرجات البحث: مساهمة في المجلة ›مقال

T1 - علم فلك الموجات الثقالية: الوضع الحالي

N2 - © 2015 ، Science China Press و Springer-Verlag Berlin Heidelberg. في الذكرى المئوية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تستعرض هذه الورقة الحالة الحالية لعلم فلك الموجات الثقالية عبر طيف يمتد من ترددات أتوهيرتز إلى ترددات كيلوهرتز. الطائفة. يستعرض الجزء الأول من هذه الورقة التطور التاريخي لعلم فلك الموجات الثقالية من التنبؤ الأول لأينشتاين إلى فهمنا الحالي للطيف. يتضح أن اكتشاف الإشارات في طيف التردد الصوتي يمكن توقعه قريبًا جدًا ، وأن زوجًا من أجهزة الكشف بين الشمال والجنوب من الجيل التالي سيوفر فوائد علمية كبيرة. الطائفة. 2 ـ يستعرض نظرية الموجات الثقالية ومبادئ الكشف باستخدام قياس التداخل بالليزر. يتم بعد ذلك وصف أحدث أجهزة كشف LIGO المتقدمة. تتمتع هذه الكواشف بفرصة كبيرة لاكتشاف الأحداث الأولى في المستقبل القريب. الطائفة. 3 يستعرض كاشف KAGRA قيد التطوير حاليًا في اليابان ، والذي سيكون أول كاشف لمقياس التداخل بالليزر يستخدم كتل الاختبار المبردة. الطائفة. يستعرض 4 من هذه الورقة الكشف عن الموجات الثقالية في نطاق التردد النانوي باستخدام تقنية توقيت النجم النابض. الطائفة. 5 يستعرض حالة اكتشاف الموجات الثقالية في نطاق تردد أتوهيرتز ، والذي يمكن اكتشافه في استقطاب الخلفية الميكروية الكونية ، ويناقش احتمالات اكتشاف الموجات البدائية من الانفجار الأعظم. التقنيات الموصوفة في الطوائف. 1–5 have already placed significant limits on the strength of gravitational wave sources. Sects. 6 and 7 review ambitious plans for future space based gravitational wave detectors in the millihertz frequency band. Sect. 6 presents a roadmap for development of space based gravitational wave detectors by China while sect. 7 discusses a key enabling technology for space interferometry known as time delay interferometry.

AB - © 2015, Science China Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg. In the centenary year of Einstein’s General Theory of Relativity, this paper reviews the current status of gravitational wave astronomy across a spectrum which stretches from attohertz to kilohertz frequencies. Sect. 1 of this paper reviews the historical development of gravitational wave astronomy from Einstein’s first prediction to our current understanding the spectrum. It is shown that detection of signals in the audio frequency spectrum can be expected very soon, and that a north-south pair of next generation detectors would provide large scientific benefits. Sect. 2 reviews the theory of gravitational waves and the principles of detection using laser interferometry. The state of the art Advanced LIGO detectors are then described. These detectors have a high chance of detecting the first events in the near future. Sect. 3 reviews the KAGRA detector currently under development in Japan, which will be the first laser interferometer detector to use cryogenic test masses. Sect. 4 of this paper reviews gravitational wave detection in the nanohertz frequency band using the technique of pulsar timing. Sect. 5 reviews the status of gravitational wave detection in the attohertz frequency band, detectable in the polarisation of the cosmic microwave background, and discusses the prospects for detection of primordial waves from the big bang. The techniques described in sects. 1–5 have already placed significant limits on the strength of gravitational wave sources. Sects. 6 and 7 review ambitious plans for future space based gravitational wave detectors in the millihertz frequency band. Sect. 6 presents a roadmap for development of space based gravitational wave detectors by China while sect. 7 discusses a key enabling technology for space interferometry known as time delay interferometry.