نتایج به‌دست‌آمده از آشکارساز ما – مجموعه‌ای از ستارگان نوترونی با چرخش سریع که در سراسر کهکشان پراکنده شده‌اند – نشان می‌دهد که این «پس‌زمینه موج گرانشی» ممکن است قوی‌تر از آن چیزی باشد که قبلاً تصور می‌شد. همچنین، دقیق‌ترین نقشه‌های امواج گرانشی در سراسر آسمان را تهیه کرده و یک “نقطه داغ” جذاب از فعالیت را در نیمکره جنوبی یافته‌ایم.
تحقیقات ما امروز در سه مقاله در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد.
امواج در فضا و زمان
امواج گرانشی لرزش‌هایی در بافت فضا و زمان هستند که در نتیجه حرکت یا برخورد اجرام بسیار چگال و عظیم ایجاد می‌شوند.
چگال‌ترین و عظیم‌ترین اجرام در جهان، سیاه‌چاله‌ها هستند که باقی‌مانده ستارگان مرده‌اند. یکی از معدود روش‌های مطالعه سیاه‌چاله‌ها، جست‌وجوی امواج گرانشی است که هنگام نزدیک شدن آن‌ها به یکدیگر ایجاد می‌شود.
همانند نور، امواج گرانشی نیز طیف خاص خود را دارند. سیاه‌چاله‌های بسیار عظیم، امواجی کندتر و قوی‌تر منتشر می‌کنند که برای مطالعه آن‌ها به آشکارسازی به اندازه کهکشان نیاز است.
امواج گرانشی با فرکانس بالا که از برخورد سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر ایجاد می‌شوند، می‌توانند توسط آشکارسازهای زمینی شناسایی شوند. اولین بار این امواج در سال ۱۳۹۳ مشاهده شدند. با این حال، شواهدی برای وجود امواج کندتر و قوی‌تر تا سال گذشته پیدا نشد.
چندین گروه از ستاره‌شناسان در سراسر جهان آشکارسازهای موج گرانشی در مقیاس کهکشانی ساخته‌اند که رفتار گروه خاصی از ستارگان را به دقت بررسی می‌کنند. آزمایش ما با نام MeerKAT Pulsar Timing Array بزرگ‌ترین این آشکارسازهاست.
امروز شواهد بیشتری از امواج گرانشی با فرکانس پایین اعلام کرده‌ایم، اما با تفاوت‌های جذابی نسبت به نتایج قبلی. در زمانی کوتاه‌تر از سایر آزمایش‌ها، سیگنالی یافتیم که به جهانی فعال‌تر از انتظار اشاره دارد.
سیاه‌چاله‌ها، کهکشان‌ها و تپ‌اخترها
در مرکز بیشتر کهکشان‌ها، دانشمندان به وجود جرمی عظیم به نام سیاه‌چاله کلان‌جرم معتقدند. با وجود جرم فوق‌العاده – میلیاردها برابر جرم خورشید – این غول‌های کیهانی مطالعه دشواری دارند.
ستاره‌شناسان از چند دهه پیش از وجود سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم اطلاع داشته‌اند، اما برای اولین بار در سال ۱۳۹۷ آن‌ها را به‌طور مستقیم مشاهده کردند.
وقتی دو کهکشان با هم ادغام می‌شوند، سیاه‌چاله‌های مرکز آن‌ها به‌تدریج به سمت یکدیگر می‌چرخند. در این فرآیند، امواج گرانشی کند و قوی ارسال می‌کنند که فرصتی برای مطالعه آن‌ها فراهم می‌کند.
ما این کار را با استفاده از گروه دیگری از اجرام کیهانی عجیب به نام تپ‌اخترها انجام می‌دهیم. این‌ها ستارگان فوق‌چگالی هستند که عمدتاً از نوترون تشکیل شده‌اند و با اندازه‌ای در حدود یک شهر، دو برابر خورشید جرم دارند.
تپ‌اخترها صدها بار در ثانیه می‌چرخند و مانند فانوس‌های دریایی، زمین را با پالس‌های تابش از فاصله هزاران سال نوری هدف قرار می‌دهند. برای برخی تپ‌اخترها، می‌توان زمان رسیدن این پالس‌ها را با دقت نانوثانیه پیش‌بینی کرد.
سیگنالی غیرمنتظره و یک “نقطه داغ” جذاب
برای شناسایی پس‌زمینه موج گرانشی، از تلسکوپ رادیویی MeerKAT در آفریقای جنوبی استفاده کردیم که یکی از حساس‌ترین تلسکوپ‌های رادیویی جهان است.
MeerKAT به‌عنوان بخشی از MeerKAT Pulsar Timing Array، گروهی از ۸۳ تپ‌اختر را طی حدود پنج سال بررسی کرده و زمان رسیدن پالس‌های آن‌ها به زمین را به‌دقت اندازه‌گیری کرده است. این داده‌ها ما را به الگوی خاصی هدایت کردند که به پس‌زمینه موج گرانشی مرتبط است، اما کمی متفاوت از یافته‌های دیگر آزمایش‌ها.
الگو نشان می‌دهد که فضا و زمان بین زمین و تپ‌اخترها با عبور امواج گرانشی دچار تغییر می‌شود و قوی‌تر از انتظار است. این می‌تواند به معنای وجود تعداد بیشتری از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در حال گردش نسبت به پیش‌بینی‌های ما باشد.
با حساسیت بالای تلسکوپ MeerKAT، توانستیم دقیق‌ترین نقشه‌های پس‌زمینه موج گرانشی را ترسیم کنیم که برای درک معماری کیهانی جهان ضروری است. این یافته ممکن است به منبع اصلی امواج گرانشی که مشاهده می‌کنیم، راهنمایی کند.
در نقشه‌ها، یک “نقطه داغ” فعالیت موج گرانشی در آسمان نیمکره جنوبی دیده می‌شود. این نامنظمی فرضیه پس‌زمینه‌ای ناشی از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را تقویت می‌کند.
با این حال، ایجاد آشکارساز در مقیاس کهکشانی بسیار پیچیده است و هنوز زود است که بگوییم این یافته واقعی است یا صرفاً یک تصادف آماری. برای تأیید، در حال ترکیب داده‌های جدید خود با نتایج دیگر همکاری‌های بین‌المللی هستیم.
