የስበት ሞገዶች እና ግኝታቸው ምንድን ናቸው?

የስበት ኃይል ሞገዶች እና ግኝታቸው ምንድናቸው?

የስበት ሞገዶች በዘመናዊ ፊዚክስ ውስጥ ካሉት እጅግ አስደናቂ ግኝቶች አንዱ ናቸው ምክንያቱም ሰዎች አጽናፈ ዓለሙን እንዲመለከቱ "አዲስ መንገድ" ስለሚሰጡ። አስትሮኖሚ ቀደም ሲል በብርሃን ላይ የተመሰረተ ቢሆንም - ከሚታየው ብርሃን፣ ሬዲዮ፣ ኢንፍራሬድ እስከ ኤክስሬይ - የስበት ሞገዶች የቦታ እና የጊዜን "ንዝረት" እንድንሰማ ያስችሉናል። ይህ ክስተት ንድፈ ሐሳብ ብቻ አይደለም፤ የስበት ሞገዶች በቀጥታ ተገኝተዋል፣ ይህም በጠፈር ምርምር አዲስ ምዕራፍ ከፍቷል፣ በተለይም እንደ ጥቁር ቀዳዳዎች እና ኒውትሮን ኮከቦች ባሉ ጽንፈኛ ነገሮች ላይ።

የስበት ሞገዶች ምንድን ናቸው?

በቀላል አነጋገር፣ የስበት ሞገዶች በጣም ትልቅ ክብደት በማፋጠን ምክንያት በቦታ-ጊዜ የሚተላለፉ ሞገዶች ወይም "ማዕበሎች" ናቸው። የቦታ-ጊዜ ጽንሰ-ሀሳብ የመጣው ከአልበርት አንስታይን አጠቃላይ የአንጻራዊነት ቲዎሪ (1915) ሲሆን፣ እሱም ስበት እንደ ኒውተንያን ፊዚክስ ማራኪ ኃይል ሳይሆን በጅምላ እና ጉልበት መኖር ምክንያት የቦታ እና የጊዜ ኩርባ አድርጎ ይመለከተዋል። ትላልቅ ስብስቦች በተወሰኑ መንገዶች ሲንቀሳቀሱ - ለምሳሌ፣ እርስ በእርስ የሚሽከረከሩ ሁለት ጥቁር ቀዳዳዎች - የቦታ-ጊዜ ኩርባ በተለዋዋጭነት ይለወጣል እና በሁሉም አቅጣጫዎች የሚዛመቱ ብጥብጦችን ያመነጫል። እነዚህ ብጥብጦች የስበት ሞገዶች ይባላሉ።

የስበት ሞገዶች በብርሃን ፍጥነት ይጓዛሉ። ሆኖም፣ በሚያልፉ ነገሮች ላይ ያላቸው ተጽእኖ እጅግ በጣም ትንሽ ነው። በአንድ ኪሎ ሜትር ርቀት ሁለት ነጥቦችን አስቡት፡ የሚያልፍ የስበት ሞገድ ያንን ርቀት ከፕሮቶን ዲያሜትር ባነሰ ሊለውጠው ይችላል። ስለዚህ፣ ምንም እንኳን ሀሳቡ ከ20ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ጀምሮ የነበረ ቢሆንም፣ ይህንን ለማረጋገጥ እጅግ በጣም የተራቀቀ ቴክኖሎጂ ያስፈልግ ነበር።

በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የስበት ሞገዶች ምንጮች

ሁሉም የጅምላ እንቅስቃሴዎች ሊለኩ የሚችሉ የስበት ማዕበሎችን አያመነጩም። እንደ ተንቀሳቃሽ መኪና ወይም ሯጭ ሰው ያሉ የዕለት ተዕለት ክስተቶች በቴክኒካል የስበት ማዕበሎችን ያመነጫሉ፣ ነገር ግን መጠናቸው ለመለየት በጣም ትንሽ ነው። የሚታዩ የስበት ማዕበሎች በተለምዶ የሚመነጩት ግዙፍ ክብደትን፣ ከፍተኛ ፍጥነትን እና ያልተመጣጠነ እንቅስቃሴን ከሚያካትቱ የኮስሚክ ክስተቶች ነው።

የስበት ሞገዶች ዋና ዋና ምንጮች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡

1. የጥቁር ጉድጓድ ውህደት
ሁለት የሚዞሩ ጥቁር ቀዳዳዎች በስበት ኃይል ምክንያት ኃይል ያጣሉ፣ ምህዋራቸው ይቀንሳል፣ እና በመጨረሻም ይጋጫሉ እና ይዋሃዳሉ። ይህ ክስተት ኃይለኛ የስበት ኃይል ሞገድ ምልክት ይፈጥራል።

2. የኒውትሮን ኮከብ ውህደት
የኒውትሮን ኮከብ የአንድ ግዙፍ ኮከብ ጥቅጥቅ ያለና የተረፈ እምብርት ነው። ሁለት የኒውትሮን ኮከቦች ሲዋሃዱ፣ የስበት ኃይል ሞገዶችን ከማምረት በተጨማሪ፣ ይህ ክስተት በተለያዩ የሞገድ ርዝመቶች ብርሃን ሊያመነጭ እና እንደ ወርቅ ያሉ ከባድ ንጥረ ነገሮችን ሊያመነጭ ይችላል።

3. ሱፐርኖቫ እና ግዙፍ የኮከብ ፍንዳታዎች
የኮከብ እምብርት መፈራረስ አንዳንድ ጊዜ ያልተመጣጠነ እና የስበት ኃይልን ሊያመነጭ ይችላል፣ ምንም እንኳን እነሱን መለየት በጣም ፈታኝ ቢሆንም።

4. የኒውትሮን ኮከቦች ፍጹም ያልሆነ ሽክርክር
የኒውትሮን ኮከብ በትንሽ “እብጠት” ወይም ባልተስተካከለ ሁኔታ ቢሽከረከር፣ የስበት ኃይል ሞገዶችን ያለማቋረጥ ሊያመነጭ ይችላል።

5. ፕሪሞርዲያል የስበት ሞገዶች
የሚል መላምት አለ አላም ሴሜስታ የመጀመሪያዎቹ ደረጃዎች ወደ ኮስሚክ ዳራ "የቀዘቀዘ" የስበት ሞገዶችን አስገኝተዋል። ከተገኘ፣ ይህ ከተከሰተ በኋላ ባሉት የመጀመሪያዎቹ ሰከንዶች ውስጥ ፍንጮችን ሊሰጥ ይችላል። ይህ ስነፍጥረት.

ከአንስታይን ቲዎሪ እስከ የመጀመሪያው ማስረጃ

አንስታይን በ1916 የስበት ሞገዶችን ተንብዮ ነበር (እና በ1918 አሻሽሏቸዋል) በጄኔራል አንጻራዊነት እኩልታዎች ላይ ተመስርቶ። ነገር ግን ለብዙ አሥርተ ዓመታት ሳይንቲስቶች የስበት ሞገዶች እውነተኛ ወይም የሂሳብ ቅርሶች መሆናቸውን ሲከራከሩ ቆይተዋል። ችግሩ የሚመነጨው የጠፈር ጊዜ ተለዋዋጭ በመሆኑ ነው፤ “በእውነት” ሊለካ የሚችል ምን እንደሆነ መረዳት ሁልጊዜ ቀላል አይደለም።

በ20ኛው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ላይ የአንጻራዊነት ንድፈ ሐሳብ በዳበረበት እና የፊዚክስ ሊቃውንት የስበት ኃይል እውነተኛ ኃይል እንደሚይዝ መረዳት በጀመሩበት ወቅት ወሳኝ የሆነ የለውጥ ነጥብ ተከስቷል። አንድ ስርዓት የስበት ኃይል ሞገዶችን በማውጣት ኃይል ካጣ፣ ምህዋሩ ወይም እንቅስቃሴው በሚለካ መንገድ መለወጥ አለበት።

ቀጥተኛ ያልሆነ ማስረጃ፡ ሃልሴ-ቴይለር ሁለትዮሽ ፑልሳርስ

በ1974 ሁለት የሥነ ፈለክ ተመራማሪዎች - ራስል ሁልሴ እና ጆሴፍ ቴይለር - PSR B1913+16 የሚባል የሁለትዮሽ pulsar ስርዓት አግኝተዋል። ፑልሳሮች እንደ "የመብራት ቤቶች" ያሉ ወቅታዊ የሬዲዮ ምልክቶችን የሚያወጡ የኒውትሮን ኮከቦች ናቸው። በሁለትዮሽ ስርዓት ውስጥ፣ ፑልሳሮች ሌላ የኒውትሮን ኮከብ ይሽከረከራሉ። የሚገርመው፣ የዚህ ስርዓት የምህዋር ጊዜ ቀስ በቀስ እየቀነሰ ነው፡ ሁለቱ ነገሮች እርስ በርስ እየተቀራረቡ ነው።

ይህ ቅነሳ በስበት ሞገዶች በኩል ስለሚደርሰው የኃይል መጥፋት ከጄኔራል አንጻራዊነት ትንበያዎች ጋር በትክክል ይስማማል። ይህ የስበት ሞገዶች መኖራቸውን በጣም ጠንካራ ቀጥተኛ ያልሆነ ማስረጃ ይሰጣል። ለዚህ ግኝት፣ ሁልሴ እና ቴይለር የ1993ቱን የፊዚክስ የኖቤል ሽልማት አግኝተዋል።

ቀጥተኛ ግኝት፡ የሊጎ እና የጥቁር ጉድጓድ “መስማት” ግጭቶች

አሳማኝ ቀጥተኛ ያልሆነ ማስረጃ ቢኖርም፣ ሳይንቲስቶች አሁንም ቀጥተኛ ምርመራን እየፈለጉ ነው፡- የስበት ኃይል ሞገዶችን በምድር ላይ ሲያልፉ መያዝ። ይህ ጥረት የማዕበሎቹ ስፋት በጣም ትንሽ ስለሆነ ከፍተኛ ተግዳሮቶች ያጋጥሙታል። መፍትሄው በርቀት ላይ እጅግ በጣም ትንሽ ለውጦችን የሚለካ የሌዘር ኢንተርፌሮሜትር መጠቀም ነው።

LIGO እንዴት ይሰራል?

LIGO (የሌዘር ኢንተርፌሮሜትር የስበት ኃይል-ሞገድ ኦብዘርቫቶሪ) በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ ሁለት ዋና ዋና መገልገያዎች ያሉት ትልቅ ፕሮጀክት ሲሆን አንዱ በሃንፎርድ፣ ዋሽንግተን እና አንዱ ደግሞ በሊቪንግስተን፣ ሉዊዚያና ነው። እያንዳንዳቸው 4 ኪሎ ሜትር ርዝመት ያለው የኢንተርፌሮሜትር ክንድ አላቸው። የሌዘር ጨረር በሁለት ጨረሮች የተከፈለ ሲሆን በክንዶቹ ላይ ወደ ኋላና ወደ ፊት ይጓዛሉ፣ ከዚያም እንደገና ይገናኛሉ። የስበት ኃይል ሞገድ ሲያልፍ፣ የእጆቹን ውጤታማ ርዝመት በትንሹ ይለውጣል፣ ሊለካ የሚችል፣ የተለወጠ የጣልቃ ገብነት ንድፍ ይፈጥራል።

የተስተዋለው ምልክት በአካባቢው ጣልቃ ገብነት (እንደ ትንሽ የመሬት መንቀጥቀጥ፣ የተሽከርካሪ ንዝረት ወይም ሌሎች የአካባቢ ሁኔታዎች) ምክንያት አለመሆኑን ለማረጋገጥ ሁለት መመርመሪያዎች በተለያዩ ቦታዎች መኖራቸው ወሳኝ ነው። ሁለቱም መመርመሪያዎች ምክንያታዊ የጊዜ መዘግየት ያለው ወጥ የሆነ ንድፍ ካዩ፣ ምልክቱ ከጠፈር የሚመጣ የስበት ማዕበል የመሆን ዕድሉ ከፍተኛ ነው።

የመጀመሪያ ምርመራ፡ GW150914

በሴፕቴምበር 14፣ 2015፣ LIGO በኋላ ላይ GW150914 የሚል ምልክት አገኘ። ይህ ምልክት የመጣው ከምድር ከአንድ ቢሊዮን የብርሃን ዓመታት በላይ ከተከሰተው የፀሐይ ክብደት ከአስር እጥፍ የሚበልጥ ክብደት ጋር ሁለት ጥቁር ቀዳዳዎች ከተዋሃዱበት ውህደት ነው። ይህ ክስተት “ጩኸት” አስከትሏል፡- ሁለቱ ጥቁር ቀዳዳዎች ሲዋሃዱ እና ከዚያም ሲቀነሱ የድግግሞሽ እና የመጠን ፈጣን ጭማሪ።

ይፋዊው ማስታወቂያ የተነገረው በየካቲት 2016 ሲሆን ወዲያውኑ እንደ አንድ ወሳኝ ምዕራፍ ተቆጥሯል። ይህ ግኝት የስበት ኃይል ሞገዶችን በቀጥታ ከማረጋገጡም በላይ የሁለትዮሽ ጥቁር ቀዳዳ ስርዓትን ለመጀመሪያ ጊዜ በቀጥታ መለየቱንም አመልክቷል።

ለLIGO ላበረከቱት ከፍተኛ አስተዋጽኦ፣ የ2017ቱ የፊዚክስ የኖቤል ሽልማት ለሬነር ዌይስ፣ ባሪ ሲ. ባሪሽ እና ኪፕ ኤስ. ቶርን ተሸልሟል።

የስበት ሞገዶችን ማግኘት ለምን አስፈላጊ ነው?

የስበት ሞገዶችን መለየት ብዙውን ጊዜ የስበት ሞገድ አስትሮኖሚ ዘመን መጀመሪያ ተብሎ ይጠራል። ይህ አብዮታዊ የሆነባቸው በርካታ ምክንያቶች አሉ፡

1. አጽናፈ ዓለሙን ለመመልከት አዳዲስ "ስሜቶችን" መክፈት
እንደ ጥቁር ቀዳዳዎች ያሉ ብዙ የጠፈር አካላት በቀላሉ ሊታወቅ የሚችል ብርሃን አያመነጩም። የስበት ሞገዶች እነዚህን ነገሮች በጠፈር ጊዜ ላይ ባላቸው ተጽእኖ በቀጥታ እንድናጠና ያስችሉናል።

2. በከባድ ሁኔታዎች ውስጥ አጠቃላይ አንጻራዊነትን መሞከር
የጥቁር ጉድጓድ ውህደት እጅግ በጣም ጠንካራ የስበት ኃይልን እና እጅግ በጣም ከፍተኛ ፍጥነትን ያካትታል። እነዚህ ፍጥረታት የአንስታይንን ንድፈ ሐሳቦች በምድር ላይ ለመድገም አስቸጋሪ በሆኑ ከባድ ሁኔታዎች ውስጥ ለመፈተሽ የሚያስችል ተፈጥሯዊ ላቦራቶሪ ናቸው።

3. የከባድ ንጥረ ነገሮችን አመጣጥ ይረዱ
የኒውትሮን ኮከብ ውህደት በ r-ሂደት (ፈጣን የኒውትሮን መያዝ) አማካኝነት ከባድ ንጥረ ነገሮች ከመፈጠር ጋር የተያያዘ መሆኑ ታይቷል። ይህ ጥያቄን ለመመለስ ይረዳል፡ ኒውትሮኖች ከየት ይመጣሉ? በአጽናፈ ዓለም ውስጥ የወርቅ እና የፕላቲነም አመጣጥ?

4. የጥቁር ቀዳዳዎችን እና የኒውትሮን ኮከቦችን ብዛት ካርታ መስራት
በብዙ ግኝቶች፣ ሳይንቲስቶች የእነዚህን የታመቁ ነገሮች የጅምላ ስርጭት፣ የውህደት መጠኖች እና የመፍጠር ታሪክ መለካት ይችላሉ።

መዝጊያ

የስበት ሞገዶች ከአንድ ምዕተ ዓመት በፊት አንስታይን በተነበየው የጠፈር ጊዜ ሞገዶች ሲሆኑ በመጨረሻም በ2015 በሁለትዮሽ ፐልሳሮች በተዘዋዋሪ ማስረጃዎች እና በLIGO ቀጥተኛ መለየቶች ተረጋግጠዋል። ይህ ግኝት የቴክኒክ ስኬት ብቻ ሳይሆን የሰው ልጅ አጽናፈ ሰማይን በሚመለከትበት መንገድ ላይ የተደረገ ለውጥ ነው፡ አሁን አጽናፈ ሰማይን "ማዳመጥ" እንችላለን፣ ማየት ብቻ አይደለም። አዳዲስ መመርመሪያዎች እና ዓለም አቀፍ ትብብሮች (እንደ አውሮፓ ቪርጎ፣ በጃፓን KAGRA እና በጠፈር ውስጥ የታቀደው LISA) እየተሻሻሉ ሲሄዱ፣ የስበት ሞገድ አስትሮኖሚ የወደፊት ዕጣ ፈንታ የበለጠ ሀብታም እንደሚሆን ይጠበቃል፣ ይህም ለአጽናፈ ዓለሙ ታላላቅ ምስጢሮች መልሶችን ያቀራርበናል።