كل ما نعرفه تقريبًا عن الكون يأتي من الإشعاع الكهرومغناطيسي – أي الضوء. بدأ علم الفلك بالضوء المرئي ثم توسع إلى بقية الطيف الكهرومغناطيسي. باستخدام الطيف، من الأطوال الموجية القصيرة لأشعة جاما إلى الأطوال الموجية الطويلة للموجات الراديوية ، اكتشف علماء الفلك أشياء غريبة ورائعة. الآن ظهر شكل جديد من علم الفلك، علم فلك الموجات الثقالية . لا يراقب الضوء ولكن الحركات في الزمكان . جنبًا إلى جنب مع علم الفلك الجديد، ظهر نوع جديد من المراصد، مرصد الموجات الثقالية بالتداخل بالليزر (LIGO) .
- الموجات الثقالية هي تموجات في الزمكان
وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، فإن الجاذبية ليست قوة تمتد عبر الكون. إنها انحناء في الزمكان. عندما يتسارع جسم ما، فإنه يشوه الزمكان من حوله، وينتقل هذا التشويه بعيدًا عن المصدر بسرعة الضوء.
- الموجات الثقالية تأتي من أجسام ثقيلة جدًا
لقد جاء أول دليل على وجود الموجات الثقالية من نجم نابض ثنائي ـ نجمان نيوترونيان، كل منهما كتلة الشمس تقريباً، يدوران حول بعضهما البعض. ويتقلص مدار النجمين النابضين تدريجياً، وبالتالي يفقدان الطاقة. وهذه الطاقة هي بالضبط المقدار الذي تتوقعه نظرية النسبية العامة بأن النجوم النابضة سوف تطلقه في صورة موجات ثقالية.
- تأثير الموجات الثقالية صغير جدًا جدًا
نظرًا لأن الموجات الثقالية عبارة عن تموج في الزمكان، فإنها تتسبب في تغير المسافة بين نقطتين بشكل طفيف للغاية. إلى أي مدى؟ يجب أن يكون ليجو قادرًا على قياس مسافات صغيرة تصل إلى 10 −19 مترًا. يبلغ نصف قطر البروتون حوالي 0.85 × 10 −15 مترًا، أو أكبر بمقدار 10000 مرة.
- قياس الموجات الثقالية أمر صعب
إن الكشف عن تغير في المسافة أصغر بكثير من البروتون يتطلب دقة كبيرة. كل تركيب ليجو هو عبارة عن مقياس تداخل ليزر يتكون من أنبوبين تحت الأرض، كل منهما بعرض 1.3 متر (4.3 قدم) وطول 4 كم (2.5 ميل)، موضوعين على شكل حرف L. الجزء الداخلي من الأنابيب هو فراغ. عندما تمر موجة الجاذبية عبر ليجو، يصبح أحد ذراعي الجهاز أطول والآخر أقصر. يتم تقسيم شعاع الليزر إلى نصفين، وإرساله إلى أسفل الأنبوبين، وانعكاسه مرة أخرى، ثم إعادة تجميعه بحيث يلغي الشعاعان بعضهما البعض في تداخل مدمر إذا لم تكن هناك موجة جاذبية. إذا كانت هناك موجة جاذبية، فلن تلغي الشعاعان بعضهما البعض. لا يزال شعاع بطول 4 كم غير كافٍ للكشف عن موجة الجاذبية، لذلك ترتد الشعاعان ذهابًا وإيابًا حوالي 400 مرة حتى يسافر الضوء مسافة 1600 كيلومتر (1000 ميل).
- ليجو حساس للغاية
يكتشف مرصد ليجو مثل هذا التغير الصغير في المسافة بحيث يمكنه اكتشاف الكثير من الاهتزازات الأخرى أيضًا. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأقصى للسرعة في مرصد ليجو 16 كيلومترًا (10 أميال) في الساعة لتقليل الاهتزازات من السيارات القريبة. أحد مصادر الضوضاء هو ضوضاء تدرج الجاذبية، والتي هي التغير الدقيق في مجال جاذبية الأرض عندما يمر اهتزاز عبر الأرض بالقرب من المرايا. تزن المرايا التي تعكس الضوء 40 كجم (88 رطلاً) وتعلق بألياف السيليكا في نظام تعليق معقد. للتأكد من أن مرصد ليجو يكتشف الموجات الثقالية وليس السيارات المارة فقط، يوجد مرصدان ليجو – أحدهما في ليفينجستون بولاية لويزيانا والآخر في هانفورد بولاية واشنطن. ستظهر موجة جاذبية في كلا المنشأتين.
- علم الفلك الموجي الثقالي يمكنه رؤية جانب جديد تمامًا من الكون
إذا اندمجت ثقوب سوداء هائلة الكتلة (ثقوب سوداء أكبر بمليون مرة من الشمس) في مجرة بعيدة، فيمكن لمرصد ليغو رصدها. ويتوقع العلماء أيضًا أنه إذا كان النجم النيوتروني غير كروي قليلاً، فيمكن رصد الموجات الثقالية وبالتالي الكشف عن الكثير عن بنية النجم. في كل مرة تمكن فيها علماء الفلك من النظر إلى الكون بطريقة جديدة، فقد لاحظوا دائمًا شيئًا غير متوقع، ومن المرجح أن يُظهر علم فلك الموجات الثقالية شيئًا لم يفكر فيه أحد بعد.
