امواج گرانشی چیست؟

حدود ساعت شش صبح روز 14 سپتامبر 2015، دانشمندان شاهد چیزی بودند که هیچ انسانی تا به حال ندیده بود! پدیده‌ای که در آن دو سیاهچاله به جرم‌هایی برابر با حدود 30 برابر خورشید به یکدیگر برخورد می‌کردند.

این سیاهچاله‌ها برای میلیون ها سال به دور یکدیگر می چرخیدند. اما به مرور زمان این دو جرم عجیب به هم نزدیک‌تر شدند و با سرعت بیشتری به دور هم چرخیدند و در نهایت با یکدیگر برخورد کردند و یک سیاهچاله‌ی واحد و حتی بزرگتر را ساختند. در همین راستا جالب است بدانید که در کسری از ثانیه قبل از برخورد و ادغام این دو جرم آسمانی، این سیاهچاله‌ها امواجی را با سرعت نور در سراسر جهان ارسال کردند که پس از میلیاردها سال توسط آشکارسازی به نام LIGO در کره‌ی زمین مشاهده شد. بخش جذاب‌تر ماجرا اینجا بود که سیگنال تنها یک پنجم ثانیه دوام داشت و این اولین مشاهده‌ی امواج گرانشی توسط آشکارسازها بود.

اما امواج گرانشی چیست؟

برای پاسخ به این سوال باید کمی در لانه‌ی خرگوش بالا و پایین بپریم! داستان با جاذبه شروع می‌شود، همان نیرویی که دو جسم را به سمت هم می‌کشد. این نیرو برای هر چیزی از آنچه در زمین است تا ماه، خورشید و تک تک ستاره‌ها صادق است. از طرفی هر چه جرم آن چیز بیشتر باشد، کشش گرانشی آن هم قوی‌تر می‌شود و هر چه اجسام از یکدیگر دورتر باشند، کشش بین آن‌ها هم کمتر می‌شود.

اگر هر جرمی بر جرم دیگری در جهان اثر داشته باشد (مهم نیست چقدر کم) تغییرات گرانش می‌تواند در مورد برهم‌کنش اجرام اطلاعاتی ارائه کند. در همین راستا نوسانات گرانش که از کیهان سرچشمه می‌گیرند، امواج گرانشی نامیده می شوند. امواج گرانشی از آنچه سرچشمه می‌گیرند، (همچون امواج روی برکه) خارج می‌شوند و هرچه از مرکز خود دورتر شوند، کوچکتر می‌شوند.

اما این امواج بر روی چه چیزی بالا و پایین می‌روند؟

درواقع زمانیکه اینشتین نظریه نسبیت خود را ارائه کرد، گرانش را به صورت خمیدگی‌ای در فضا-زمان تصور کرد. به این معنی که هر جرمی در فضا زمان می‌تواند باعث ایجاد فرورفتگی در آن شود. طبیعتا هر چه این اجرام بزرگتر باشند، فرورفتگی عمیق‌تر و گرانش قوی‌تری هم ایجاد می‌کنند. هنگامی که جرم‌های خالق فرورفتگی (مانند سیاهچاله‌ها) در فضا زمان حرکت می‌کنند، موج هایی به فضا-زمان می‌فرستد که همان امواج گرانشی هستند.

آشکارساز‌های LIGO

امواج گرانشی بسیار ضعیف هستند و توسط حواس ما قابل حس نیستند اما دانشمندان می‌توانند وجود این نوع از امواج را با آشکارساز‌هایی مانند LIGO و سایر اعضای خانواده‌ی آن آشکار کنند. امروزه LIGO تنها نیست و آشکارسازهای امواج گرانشی در سراسر جهان پخش شده‌اند. این سازهای L شکل بازوهای بلندی دارند که از لیزرهای دقیقی ساخته شده است. طی آشکارسازی امواج گرانشی اگر طول این بازوهای لیزری تغییر کند، ممکن است ناشی از کشش امواج گرانشی باشد. بنابراین هنگامی که آشکارسازها یک موج گرانشی را احساس کنند، دانشمندان می‌توانند اطلاعاتی در مورد منبع موج استخراج کنند.

همانطور که امواج رادیویی همواره در اطراف شما در حال حرکت هستند و شما مگر با وجود یک گیرنده (همچون رادیو) نمی‌توانید آن‌ها را احساس کنید. امواج گرانشی هم تنها با کمک آشکارسازهای مخصوصی مانند LIGO قادر به تشخیص آن‌ها هستند. برخورد سیاهچاله که در ابتدای این مقاله به آن اشاره کردیم، تنها یک نمونه از پدیده‌هایی بود که با انتشار امواج گرانشی همراه است، چراکه سایر رویدادهای نجومی پرانرژی هم می‌توانند پژواک های گرانشی به جا بگذارند. به عنوان مثال فروپاشی یک ستاره قبل از انفجار یا برخورد ستاره های نوترونی بسیار متراکم از دیگر نمونه‌های بارز تولید این امواج است.

بخش دیگر و جالب ماجرا این است، که هرگاه بشر ابزار جدیدی برای نگاه کردن به فضا ابداع می‌کند، چیزی جدید که انتظارش را ندارد، کشف می‌کند. چیزی که ممکن است درک ما از جهان را متحول کند و بیش از آنچه که فکرش را می‌کنیم ما را هیجان‌زده کند.