امواج گرانشی برخورد دو ستاره نوترونی غول‌آسا را آشکار کردند + ویدیو

امواج گرانشی (Gravitational Waves) این بار دانشمندان را در تصویربرداری از برخورد دو ستاره نوترونی در فاصله 130 میلیون سال نوری زمین یاری کرده‌اند.

تصویربرداری از این کشف علمی منحصر به فرد که با نام رسمی “GW170817” شناخته می‌شود، برای اولین بار در تاریخ بشریت و به کمک ستاره شناسی امواج گرانشی، انجام شد؛ این شاخه نسبتا نوین از نجوم دانشمندان را در پیدا کردن محل دقیق واقعه یاری کرد و از طرف دیگر، برخورد این دو ستاره به عنوان اولین رصد همزمان نوری و امواج گرانشی در تاریخ به ثبت رسید.

کشف اخیر به عنوان پنجمین آشکارسازی امواج گرانشی هم شناخته می‌شود و این حقیقت که دانشمندان پیش از این قادر نبوده‌اند که منبع امواج گرانشی را شناسایی کرده و دلیل به وجود آمدن آن‌ها را رصد کنند، واقعه‌ی GW170817 را بیش از سایر آشکارسازی‌های پیشین که اولین آن‌ها در سال 2015 گزارش شد، خاص و منحصر به ‌فرد می‌کند.

چهار آشکارسازی قبلی به واسطه برخورد سیاه‌چاله‌های دوتایی و شکل‌گیری یک سیاه‌چاله بزرگ‌تر قابل تشخیص بودند و به طور کلی، دو دلیل کلی برای ناتوانی دانشمندان در تصویربرداری از آن‌ها وجود داشت. دلیل اول به محدود بودن امکانات مربوط می‌شود؛ تا ابتدای سال جاری میلادی رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری که به اختصار لیگو (LIGO) نام دارد، تنها دو تداخل‌سنج را در لیوینگستون (Livingston) لوئیزیانا و هنفورد (Hanford) واشینگتن در آمریکا داشت و به همین دلیل منبع امواج گرانشی به بخش گسترده‌ای از آسمان نسبت داده می‌شد.

با ساخت یک سیستم سوم به نام تداخل‌سنج ویرگو (VIRGO) در ایتالیا، دقت تشخیص منبع ساطع شدن امواج گرانشی در چهارمین آشکارسازی که چند هفته پیش گزارش شد، حدودا ده برابر افزایش یافت.

دلیل دوم به طبیعت سیاه‌چاله‌ها مربوط می‌شود؛ در رویدادهای قبلی، امکان تصویربرداری و دیدن منبع امواج گرانشی به واسطه خاصیت جذب نور آن‌ها وجود نداشت. به صورت کلی می‌توان گفت که سیاه‌چاله‌ها قابل رصد نیستند و تشخیص وجود آن‌ها تنها به واسطه تغییراتی که در فضا ایجاد می‌کنند، امکان‌پذیر است. این در حالیست که ستاره های نوترونی به خوبی قابل رویت هستند و امکان پیش‌بینی برخورد آن‌ها وجود دارد.

برای ثبت این برخورد، چیزی در حدود 70 رصدخانه زمینی و فضایی به لیگو و ویرگو کمک کردند تا قسمتی کوچک از آسمان در صورت فلکی مار باریک (Hydra)، کنار کهکشان عدسی NGC 4993 را موردبررسی قرار دهند؛ اولین ردیاب در ساعت 8:41 روز هفدهم آگوست به وقت ساحل شرقی آمریکا، سیگنال‌هایی را دریافت کرد و 1.7 ثانیه بعد،‌ دو رصدخانه فضایی ناسا (NASA) و آژانس فضایی اروپا (ESA) آزاد شدن میزان زیادی اشعه گاما را در همان بخش از آسمان تشخیص دادند.

از طرف دیگر، دانشمندان قادرند که امواج را به داده‌های صوتی تبدیل کنند و صدای امواج گرانشی آشکارسازی‌های پیشین به واسطه برخورد سیاه‌چاله‌ها، به میزان کسری از ثانیه طول می‌کشیدند. این در حالی است که صدای GW170817 تقریبا به مدت 100 ثانیه قطع نشد.

تمامی این وقایع همزمان اتفاقی نبودند و به همین دلیل، ستاره شناسان سراسر دنیا در هنگام دریافت سیگنال‌ها تجهیزات خود را در جهت صورت فلکی مار باریک قرار دادند. دیوید شومیکر (David Shoemaker)، سخنگوی لیگو در این رابطه می‌گوید که ردیابی‌های انجام شده دانشمندان را مطمئن کرد که منبع این امواج گرانشی ستاره های نوترونی هستند.

جالب است بدانید که ستاره های نوترونی یکی از محصولات پایان عمر ستاره‌های فوق بزرگ و فشرده شدن هسته آن‌ها هستند؛ در این هنگام هسته فروپاشیده و پروتون‌ها و الکترون‌ها در اثر فشردگی به نوترون و نوترینو تبدیل می‌شوند. نوترینوها این امکان را دارند که از هسته جدا شوند، اما نوترون‌ها با چگالی فوق‌العاده بالایی در کنار یکدیگر قرار گرفته و فضایی کروی به قطر بین 10 تا 20 کیلومتر را اشغال می‌کنند؛ اگر جرم این هسته از سه برابر جرم خورشید کمتر باشد، ستاره نوترونی به قوت خود باقی می‌ماند و اگر این عدد از 3 تجاوز کند، هسته تشکیل‌شده به سیاه‌چاله تبدیل می‌شود.

ستاره‌های واقعه GW170817 بین 1.1 تا 1.6 برابر خورشید جرم داشتند و در مارپیچی کوچک شونده، از فاصله 300 کیلومتر یکدیگر شروع به چرخیدن به دور هم کردند. این با افزایش سرعت چرخش و نزدیک شدن دو جرم به یکدیگر، پیچ و تاب‌هایی در فضا زمان اطراف ایجاد شد و امواج حاصل از آن در سراسر کهکشان ساطع شد.

ستاره شناسان این اتفاق را از فاصله 130 میلیون سال نوری رصد کردن و طبق گزارش‌ها، برخورد ستاره‌ها به شدت نورانی بود و مقدار زیادی پرتوهای گاما را آزاد کرد. در ادامه تصاویری که از این پرتوافشانی تهیه‌شده را خواهیم دید. نقطه نورانی وسط تصویر کهکشان NGC 4993 و کمی بالاتر و در سمت چپ این نقطه، پدیده GW170817 برای مدت کوتاهی قابل رویت است.

ثبت تصویر این اتفاق به اعتقاد بسیاری شگفت‌انگیز است؛ همان نقطه نورانی که برای مدت کوتاهی ظاهر می‌شود، حاصل تلاقی دو ستاره نوترونی با ابعادی نزدیک به خورشید بوده که در حدود 130 میلیون سال پیش اتفاق افتاده است.

اما این تمام ماجرا نیست؛ یکی از دانشمندان ناسا به نام جولی مکنری (Julie McEnery) می‌گوید که پیش از این دانشمندان نظریه‌هایی را در مورد آزاد شدن اشعه گاما پس از برخورد ستاره‌ های نوترونی ارائه کرده بودند و شواهد مربوط به GW170817 نشان می‌دهند که این تئوری‌ها صحت داشته‌اند.

از طرف دیگر پنجمین آشکارسازی امواج گرانشی مهر تایید دیگری بر نظریه‌های انیشتین در این رابطه بود؛ انیشتین در سال 1915، در کنار پیش‌بینی‌های مختلف، اظهار کرد که امواج گرانشی سرعتی برابر سرعت نور دارند.

در هفته و ماه‌های آینده دانشمندان مشغول بررسی بقایای برخورد این ستاره های نوترونی و رصد نورهایی که پس از واقعه همچنان ساطع می‌شوند،‌ خواهند بود؛ همانطور که شومیکر در این رابطه اظهار کرده است، پدیده GW170817 حجم عظیمی از اطلاعات را در مورد طبیعت ستاره های نوترونی و تشعشعات آن‌ها آشکار کرده و درک ما از مفاهیم بنیادی‌تری مانند نسبیت عام را غنی‌تر می‌کند. در ادامه شما را به دیدن ویدیویی توضیحی در این باره دعوت می‌کنیم: