در دهه های بعدی، تپاخترها و سیاهچالهها مهمترین مراکز توجه، تحقیقات اخترفیزیکی خواهند بود. محققان روی ساخت تلسکوپهای فوق قدرتمند کار میکنند، تا بتوانند روی تپاخترها و اگر خوش شانس باشند روی ابرسیاهچالههایی که در مرکز کهکشان ها پیدا شدند، تحقیقات خود را ادامه دهند. آرایهی یک کیلومتر مربعی(SKA)، یک مشارکت بین المللی بین 10 کشور است که شبکهای از تلسکوپهایی که در آفریقای جنوبی، غرب استرالیا و تعدادی از کشورهای آفریقایی هستند را به هم متصل کرده است و قرار است این موضوعات را مطالعه و فرضیات گرانش و نسبیت عام را آزمایش کنند.
تشعشات تپاخترها و امواج گرانشی چیزهای جالبی دربارهی جهان به ما میگویند، و تحقیقات آینده احتمالاً بینشهای بهتر و جالبتری به ما بدهند. SKA قدرتمندترین و کاربردیترین تلسکوپ در بین تلسکوپهای پیش از خودش خواهد بود و اجازه میدهد تا تحقیقات جامعی در موضوعات متنوعی داشته باشیم.
رابرت براون مدیر علمی SKA گفت:" چیزی که مرا هیجان زده میکند، یافتن پدیدههای غیرمنتظره است. شما به دنبال پدیدهای میگردید و چیزی کاملا غیر منتظره مییابید."
رابطهی بین تپاخترها و امواج گرانشی
تپاخترها نگهدارندگان عالی زمان هستند. هنگامی که تپاخترها در محورشان میچرخند،پالسهایی از جنس امواج رادیویی با دوره تناوبی،در حدود یک میلی ثانیه منتشر میکنند، سیگنالهای این امواج از یونوسفر زمین عبور میکنند و به زمین میرسند، و این زمانی است که محققان میتوانند آنها را ضبط و آنالیز کنند. آنها به طور مرتب میچرخند بنابراین دانشمندان میتوانند از آنها به عنوان ساعتهای دقیقی برای تحقیقات استفاده کنند.
نمای هوایی دیش های SKA و دیش های MeerKAT در آفریقای جنوبی
ثابت بودن دوره تناوب تپاخترها آنها را به یک راه قابل اعتماد برای مطالعهی امواج گرانشی تبدیل کرده است. امواج گرانشی فضا زمان را خم میکنند بنابراین هرچیزی سر راه آنها باشد، خم میشود. اگر یک موج گرانشی از یک جفت ابرسیاهچاله که به دور یکدیگر میچرخند در فضای بین یک تپاختر و سیارهی ما منتشر شود، محققان میتوانند یک تأخیر کوچک در سیگنالهای رادیویی دریافت شده را پیدا کنند، چرا که فضا خم میشود. تلسکوپ SKA قادر خواهد بود که از تپاخترها برای آشکار کردن امواج گرانشی ابر سیاهچالههای دوتایی دور، بسیار دقیقتر از تلسکوپهای کنونی استفاده کند.
به گفتهی آلبرتو سسانا، پژوهشگر دانشگاه بیرمنگهام، یک چالش بزرگ برای جستجوی شواهد امواج گرانشی با تابش رادویی تپاختر، جدا کردن سیگنالهایی است که از منابع دیگر صوتی در جهان میآیند.
سسانا گفت:" وقتی صحبت از آشکار کردن امواج گرانشی به میان میآید، سختترین قسمت این است که ما نویز طبیعی تپاختر را به خوبی نمیشناسیم. این یک مسئله است، زیرا آشکار کردن یک سیگنال به معنی جدا کردن آن از نویز است و اگر ما ندانیم نویز چگونه است، مشخص کردن سیگنال سخت خواهد بود."مثل این است که با چشمهای بسته در یک کنسرت باشید و سعی کنید بفهمید که کدام اسپیکر گیتار باس پخش میکند.
تلسکوپهایی که در حال حاضر استفاده میشوند، آنقدر حساس نیستند که این تفاوتها را به خوبی تشخیص دهند. تلسکوپ SKA ابزارهایی قدرتمندتر با دقت بالاتر از قبلیها را فراهم میکنند و به محققان جهت مطالعهی دقیق تر اجسام سماوی کمک خواهد کرد.
کلوزاپ آرایه های دهانه ی فرکانس پایین SKA و دیش های ASKAP استرالیا. سازمان SKA
آزمایشهای نسبیت عام
از زمانی که برای اولین بار،امواج گرانشی توسط لایگو آشکار شد، جفت شدن ستارههای نوترونی بهترین آزمون برای نسبیت عام بوده است. بر طبق نظریه تابش امواج گرانشی هنگامی که ستارهها دور هم میچرخند باعث کم شدن فاصلهی بین دو ستاره میشود. این زمان گردش ستارهها به دور یکدیگر را نیز کاهش میدهد و زمان تپاخترها را تحت تاثیر قرار میدهد. بررسی دقیق تغییرات زمانبندی به محققان اجازه میدهد تا میزان انقباض دقیق را مشخص کرده و آن را با آنچه که نظریه نسبیت عام میگوید اتفاق میافتد مقایسه میکند.
PSR J0737_3039، یک سیستم دوتایی ستارهی نوترونی تپاختر است که به دور هم میچرخند، تا به حال بهترین آزمایش این قاعده بوده است. میزان کاهش مشاهده شده( حدود نیم درصد) با نسبیت عام موافق است، اما از نظر روش علمی رایج، این هنوز شاهد کافی برای تایید تئوریهای موجود نیست.
در مطالعات آینده، تلسکوپهای SKA بنا دارد که سیستمهای دوتایی مانند این را بیشتر پیدا کند، که باعث پیدا شدن شواهد قویتر بر تایید یا علیه تئوری کنونی نسبیت عام میشود.
دلفینه پرودین، محقق موسسهی ملی اختر فیزیزک ایتالیا( INAF) گفت:« با تلسکوپها و الگوریتمهای بهتر، ما میتوانیم تپاخترهای بیشتری پیدا کنیم، و در میان آنها اشیای خارجیتر مانند ستارههای نوترونی دوتایی که به اثبات نسبیت عام کمک میکنند و سیستم دوتایی تپاختر- کوتولههای سفید به اثبات دیگر نظریات گرانش کمک میکنند.»
دیگر نظریات گرانش
همچنین سیستمهای تپاختر- کوتوله ی سفید می توانند دیگر نظریات گرانش را آزمایش کنند. PSR J0337+1715 یک مثال خوب برای این سیستم هاست.
این موضوع برای مطالعه مهم است چرا که هنوز نسبیت عام یک تئوری کاملاً درست نیست. نظریات نسبیت عام و مکانیک کوانتومی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتهاند اما فیزیکدانان هنوز نمیتوانند آنها را با یکدیگر تطبیق دهند.
سیستم PSR J0337+1715،فیزیکدانان را از زمان کشفش در 2007 هیجان زده کرده است. دو کوتولهی سفید به دور یک تپاختر میچرخند. یکی بسیار نزدیک و دیگری دور است. این سیستم جالب است چرا که میدان گرانشی کوتولهی سفید خارجی به مدار دو جسم داخلی، شتابی بسیار بیشتر از آن چه که با تئوریهای کنونی پیش بینی میشود، میدهد. محققان با تلسکوپهای حساس تر میتوانند، سیستمهای بیشتری مانند این برای مطالعه و فهم بیشتر پیدا کنند. به طور مثال، در میان دیگر نظریات، اصل قوی هم ارزی ( SEP) هست که میگوید، قوانین گرانش از سرعت و مکان تاثیر نمیگیرند، اما رفتار سیستم PSR J0337+1715 نشان میدهد که چیزی فراتر از دانش ما برای کشف وجود دارد. تلسکوپ SKA قادر خواهد بود که این نقضیات را دقیقتر بررسی کند.
هر نتیجه ای که به دست آید، فیزیکدانان یا توضیح بهتری از SEP و دیگر نظریات گرانش ارائه خواهند داد و یا باید این نظریات را کاملاً دور بریزند.
آیندهی اختر فیزیک
SKAعملاً انقلابی، در مطالعات اخترفیزیک خواهد بود و حتی در حوزههای دیگر فیزیک هم کمک خواهد کرد. با چنین طیف گستردهای از قابلیت، SKA تئوریهای مادهی تاریک و انرژی تاریک را پیش خواهد برد و اطلاعاتی دربارهی تشکیل کهکشانها در جهان اولیه و محلی به دست خواهد آورد. امیدواریم محل اولین جفت ابر سیاهچالهها را دقیقاً به دست آوریم. محققان امیدوارند که ازSKA برای تنظیم یک "فیلم" از روند پیشرفت جهان اولیه به حالت فعلیاش با مطالعهی باز ترکیب هیدروژن بعد از انفجار بزرگ استفاده کنند.
براون گفت:" اگر ما بتوانیم از پس چالشهایی که ابزارها ایجاد میکنند برآییم، میتوانیم " سپیدهی کیهانی" را که اولین لحظاتی است که جهان شروع به یونیزه شدن میکند ببینیم و پیشروی این یونیزاسیون را تماشا کنیم."
بر طبق گفتهی سسانا، هدف نهایی این تحقیق، پیدا کردن اجسام جالب که برای مطالعه نزدیکتر و آسانتر هستند، میباشد.
" ایده آل دیگر پیدا کردن احتمالی یک تپاختر که در نزدیکی ابر سیاهچالهی مرکز راه شیری میچرخد، میباشد و این یک رویا خواهد بود. این اجازه میدهد که نسبیت عام را در مورد تپاختر- سیاهچاله با دقت بیشتری آزمایش کنیم."
کشفیات مهیج پیش رو
پتانسیل کشف پدیدههای جدید، در جهان حداقل هیجانانگیز است. بعضی سوالات پاسخ داده میشوند ولی سوالات بسیاری به وجود خواهند آمد.
ترکیب هنرمندانه ای از تمام آرایههای SKA1 با دیشهای SKA و دیشهای MeerKAT در آفریقا و آرایههای دیافراگمی فرکانس پایین و دیش های ASKAP در استرالیا.
براون گفت:" طبیعت بسیار مبتکر است. اگر از ابزارهای جدید استفاده کنی، جالبترین و غیرقابل پیش بینی ترین چیزهایی را پیدا میکنی که هیچ وقت انتظارشان را نداشتی. طبیعت ابتکار بسیار بیشتری نسبت به انسانها دارد."
پروژهی کلان SKA امیدوار است که یک پیمان نامهی بین دولتی را تا 2018 امضا شده ببیند، و در سالهای 2019 و یا 2020 پروژهی ساخت 5 سالهی خود را شروع کند. براون میگوید که رادیو تلسکوپ MeerKAT آفریقای جنوبی، که یک پروژهی پیشرو است که با SKA همکاری خواهد کرد، تقریباً تکمیل است و انتظار میرود در آوریل 2018 کار خود را شروع کند. دیگر وسایل پیشرو علمی مانند ASKAP و رادیو تلسکوپهای MWA در استرالیا و همچنین تعدادی از وسایل کوچکتر در سراسر جهان راه را برای SKA هموار میکنند.
www.astronomy.com
همه نظرها (۰)