در جست و جوی امواج گرانشی

چهارشنبه ٢۱ تیر ۱۳٩۱
٢:٤٤ ‎ب.ظ
پرویز برومندنژاد

دانشمندان ناسا در نهایت توانستند با استفاده از شبیه سازى هاى انجام شده در ابررایانه ها، شیوه تشکیل امواج گرانشى ایجاد شده به وسیله سیاهچاله هاى در حال ادغام را دریابند. این پژوهش ها مى تواند به تلاش هاى جهانى براى اولین آشکارسازى هاى این امواج خفیف در ساختار فضازمان که هم اکنون در حال انجام است، کمک کند. انتظار مى رود تجهیزات بسیار حساسى که در آمریکا و اروپا به کار مى رود، به زودى به موفقیت هاى تازه دست یابد. استفاده از تجهیزات و پژوهش هاى جدید تشخیص سیگنال هاى صحیح را آسان تر مى کند.پروفسور پیتر سالسون که یکى از اعضاى مشارکت علمى رصدخانه تداخل سنج لیزرى امواج گرانشى (لیگو) است، در این زمینه مى گوید: «اکنون با استفاده از این محاسبه ها مى توانیم دریابیم کدام امواج گرانشى خاص، امواجى هستند که به وسیله سیاهچاله هاى در حال ادغام تولید شده اند. در عین حال که در جست وجوى چنین سیگنال هایى هستیم، مى توانیم دریابیم آیا نظریه نسبیت عام اینشتین صحیح است و آیا هنوز هم جنبه هاى شگفت انگیزترى از فیزیک در سال هاى آینده در انتظار ماست یا خیر.»

 علامت افشاگر 
پژوهشگران بر این باورند که اولین آشکارسازى هاى امواج گرانشى به زودى انجام مى شود. بسیارى بر این باورند که آشکارسازى این امواج را باید یک پیشرفت مهم علمى تلقى کرد که راهنماى ما براى شیوه هاى جدید بررسى جهان خواهد بود. هر جسم شتابدارى، چنین امواج تابش انرژى را با سرعت نور به اطراف گسیل مى کند، اما فقط اجسام واقعاً پرجرم همانند ستاره هاى در حال انفجار یا سیاهچاله هاى ادغام شونده آنقدر در فضازمان اغتشاش ایجاد مى کنند که بتوان با استفاده از فناورى هاى کنونى ما، آنها را آشکار ساخت. رصدخانه ها _ مثل لیگو در ایالت هاى لوئیزیانا و واشینگتن و GEO600 در آلمان _ امواج لیزرى را در تونل هاى طویلى گسیل مى کنند، با این امید که اغتشاش هاى بسیار کوچکى را که امواج گرانشى هنگام عبور از زمین ایجاد مى کنند، آشکار سازند.
شبیه سازى هاى جدیدى که در ابررایانه هاى سازمان فضایى ناسا در مرکز پژوهش هاى آمس در کالیفرنیا انجام شد، آشکارسازهاى امواج را قادر ساخت اطلاعات مورد نظر را جمع آورى کند.جوآن سنترلا اخترفیزیکدان ناسا از نتایج این شبیه سازى با عنوان «اثر انگشت» یاد کرد که مى تواند وجود امواج گرانشى را افشا کند.
وى در یک کنفرانس خبرى گفت: «براى به دست آوردن این اثر انگشت، دو سیاهچاله ادغام شونده را شبیه سازى کردیم و براى این کار مى بایست معادله هاى اینشتین را به روشى بیان کنیم که براى رایانه ها قابل فهم باشد. در عین حال باید خاطرنشان کرد که چنین هدفى همان «جام مقدس»ى است که جست وجوى بسیارى طى سى سال گذشته براى دستیابى به آن انجام شده است.»

• تایید نتایج
دکتر سنترلا که گروهش نتایج شبیه سازى را در نشریه هاى معتبر فیزیک گزارش کرده است، مى گوید تلاش هاى پیشین براى مدل سازى سیاهچاله هاى ادغام شونده نتیجه بخش نبوده است.
وى مى گوید سیاهچاله ها (مناطقى از فضا که حتى نور هم نمى تواند به دلیل شدت جاذبه گرانشى از آن بگریزد) به قدرى عجیب و غیرمعمول هستند که ابررایانه ها هم براى شبیه سازى محاسبه هاى مربوط به آن مشکلات فراوان داشتند.
اما در نهایت قدرت عظیم رایانه هاى کلمبیا توانست بر این مشکل فائق آید. براى انجام این شبیه سازى از حدود دو هزار دستگاه که داراى ده هزار پردازنده ۶۴ بیتى بودند، استفاده شد. این مجموعه براى به دست آوردن نتایج یک دوره ۸۰ساعته کار کرد.
این پژوهشگران براى این شبیه سازى ها، ادغام سیاهچاله هاى هم جرم غیرگردنده را در وضعیت هاى متفاوت بررسى کردند. سیاهچاله ها در هر کدام از این شبیه سازى ها بدون توجه به وضعیت آغازى به طور پایدارى چرخیدند و طى برخورد و پس از آن امواج یکسانى را تولید کردند. ناسا در گزارش خود گفته است که این ترکیب از پایدارى و تکرارپذیرى، دانشمندان را متقاعد کرده است که این شبیه سازى ها با معادله هاى اینشتین هماهنگ است. نتایج این پژوهش ها را مى توان هم براى سیاهچاله هاى کوچک که هنگام رمبش ستارگان غول پیکر به وجود مى آید و هم براى سیاهچاله هاى بزرگى که طبق رصدها در مرکز کهکشان ها کمین کرده اند، به کار برد.

• جایزه بزرگ
پروفسور سالسون مى گوید: «هم اکنون لیگو آسمان را مى کاود. این رصدخانه مى تواند نسخه هایى از این محاسبه را در مورد اجسامى با جرمى در حد ستارگان شناسایى کند، براى مثال مى تواند نشانه هایى از دو سیاهچاله که جرمشان به اندازه جرم خورشید است و در فاصله ۱۵۰ میلیون سال نورى (فاصله اى که شامل چندین هزار کهکشان است) کاوش کند. لیگو در میان اطلاعات به دست آمده در جست وجوى چنین علامت هایى است و مى دانیم که به زودى به چنین علامت هایى دست پیدا مى کنیم.»
پروفسور جیم هاگ از دانشگاه گلاسکو مى گوید: «پژوهش هاى سنترلا عالى است. این اولین بار است که شبیه سازى هاى بسیار خوبى در مورد میدان گرانشى به این اندازه قوى انجام شده است. این شبیه سازى ها بسیار مفید است، زیرا نشان مى دهد که مى توان الگوها را گسترش داد و آن را براى تحلیل داده ها در مورد سیگنال هایى که آشکارسازهاى ما به دست مى آورند، به کار برد.»
برخلاف امواج الکترومغناطیسى (مثل نورى که به وسیله تلسکوپ هاى سنتى مشاهده مى شود) امواج گرانشى بسیار ضعیف اند. اگر یکى از این امواج از بدن شما عبور کند، فضاى بدنتان در یک جهت کشیده و در جهت دیگر فشرده مى شود، اما این تغییرها بسیار ناچیز است.
تداخل سنج هاى لیزرى در جست وجوى اغتشاش هایى در داده هاى تجربى هستند که ممکن است مقدار آنها به اندازه کسرى از قطر پروتون (یکى از ذره هاى سازنده هسته اتم) است. اگر به فناورى هایى دست یابیم که بتواند کارکرد موثرى داشته باشد آن وقت این فناورى ها دانشمندان را قادر مى سازد که در جهان به شیوه اى غیروابسته به نور کنکاش کنند و در نتیجه به لحاظ نظرى این امکان براى ما فراهم مى شود که به پشت سر خود نگاه کرده و اولین لحظه هاى پس از انفجار بزرگ را شاهد باشیم.


موضوعات مرتبط:
برچسب‌ها: مقالات
تمامی حقوق این وب سایت متعلق به 💻بینهایت💻 است. || پرویز برومند نژاد