Menene Raƙuman Ruwa da Gano Su
Raƙuman ruwa masu nauyi suna ɗaya daga cikin abubuwan da aka gano mafi ban mamaki a kimiyyar lissafi ta zamani domin suna ba wa mutane "sabuwar hanya" don kallon sararin samaniya. Duk da cewa a baya ilmin taurari ya dogara ne akan haske - daga haske mai gani, rediyo, infrared, zuwa X-ray - raƙuman ruwa masu nauyi suna ba mu damar jin "rawar" sararin samaniya da lokaci da kansa. Wannan lamari ba wai kawai ka'ida ba ne; an gano raƙuman ruwa masu nauyi kai tsaye, wanda ya buɗe sabon babi a cikin binciken sararin samaniya, musamman game da abubuwa masu tsanani kamar ramuka baƙi da taurarin neutron.
Menene raƙuman nauyi?
A taƙaice dai, raƙuman nauyi suna da ƙarfi ko kuma "raƙuman ruwa" waɗanda ke yaɗuwa ta hanyar sararin samaniya saboda saurin babban taro. Manufar lokacin sararin samaniya ta samo asali ne daga Ka'idar Dangantaka ta Albert Einstein (1915), wadda ke ɗaukar nauyi ba a matsayin ƙarfi mai jan hankali ba, kamar yadda yake a kimiyyar Newtonian, amma a matsayin lanƙwasa na sarari da lokaci saboda kasancewar taro da kuzari. Lokacin da manyan taro ke motsawa ta wasu hanyoyi - misali, ramuka biyu baƙi suna juyawa a kusa da juna - lanƙwasa na lokacin sararin samaniya yana canzawa cikin sauri kuma yana fitar da rikice-rikicen da ke yaɗuwa a kowane bangare. Ana kiran waɗannan rikice-rikice raƙuman nauyi.
Raƙuman ruwa masu nauyi suna tafiya a gudun haske. Duk da haka, tasirinsu akan abubuwan da suke wucewa yana da matuƙar ƙanƙanta. Ka yi tunanin maki biyu a nesa da nisan kilomita ɗaya: raƙuman ruwa masu nauyi da ke wucewa na iya canza wannan nisan da ƙasa da diamita na proton. Saboda haka, kodayake ra'ayin ya kasance tun farkon ƙarni na 20, yana buƙatar fasaha mai matuƙar inganci don tabbatar da hakan.
Tushen raƙuman ruwa masu nauyi a sararin samaniya
Ba duk motsin nauyi ba ne ke samar da raƙuman nauyi masu aunawa. Abubuwan da ke faruwa a kullum kamar mota mai motsi ko mutumin da ke gudu suna fitar da raƙuman nauyi a zahiri, amma girmansu ya yi ƙanƙanta da ba za a iya gane su ba. Raƙuman nauyi da ake iya gani galibi suna fitowa ne daga abubuwan da suka faru a sararin samaniya waɗanda suka haɗa da babban taro, saurin gudu mai yawa, da kuma motsi mara daidaituwa.
Wasu daga cikin manyan hanyoyin da raƙuman nauyi ke fitowa sun haɗa da:
1. Haɗa ramin baƙi
Raƙuman ruwa guda biyu masu zagaye za su rasa kuzari ta hanyar raƙuman ruwa masu nauyi, za su ragu, kuma daga ƙarshe za su haɗu su haɗu. Wannan lamari zai haifar da wata siginar ƙarfi ta raƙuman ruwa masu nauyi.
2. Haɗakar taurarin Neutron
Tauraron neutron shine babban tauraro mai ƙarfi, wanda ya rage a cikin zuciyar wani babban tauraro. Lokacin da taurari biyu na neutron suka haɗu, baya ga samar da raƙuman nauyi, wannan lamari na iya fitar da haske a cikin raƙuman ruwa daban-daban kuma ya samar da abubuwa masu nauyi kamar zinariya.
3. Supernovae da manyan fashewar taurari
Rushewar tsakiyar tauraro wani lokacin ba ta da daidaito kuma tana iya fitar da raƙuman nauyi, kodayake gano su yana da matuƙar ƙalubale.
4. Juyawa mara kyau na taurarin neutron
Idan tauraron neutron ya juya da ɗan "ƙara" ko rashin daidaituwa, zai iya fitar da raƙuman nauyi akai-akai.
5. Raƙuman ruwa na asali
Akwai wani hasashe da ke cewa sararin samaniya Matakan farko sun haifar da raƙuman nauyi waɗanda suka "daskare" zuwa ga asalin sararin samaniya. Idan aka gano, wannan zai iya ba da alamu game da daƙiƙa na farko bayan Babban kara.
Daga ka'idar Einstein zuwa hujja ta farko
Einstein ya annabta raƙuman nauyi a shekarar 1916 (kuma ya inganta su a shekarar 1918) bisa ga daidaiton Dangantakar Janar. Amma tsawon shekaru da dama, masana kimiyya sun yi muhawara ko raƙuman nauyi na gaske ne ko kuma kawai kayan tarihi na lissafi. Wahalar ta samo asali ne daga gaskiyar cewa lokacin sarari yana da ƙarfi; fahimtar abin da ake iya aunawa "da gaske" ba koyaushe yake da sauƙi ba.
Wani muhimmin sauyi ya faru a tsakiyar karni na 20 lokacin da ka'idar dangantaka ta bunƙasa kuma masana kimiyyar lissafi suka fara fahimtar cewa raƙuman nauyi suna ɗauke da makamashi na gaske. Idan tsarin ya rasa kuzari ta hanyar fitar da raƙuman nauyi, to ya kamata ya canza yadda ake auna zagayensa ko motsinsa.
Shaida ta kai tsaye: Hulse-Taylor binary pulsars
A shekarar 1974, masana ilmin taurari biyu—Russell Hulse da Joseph Taylor—sun gano tsarin pulsar mai binary mai suna PSR B1913+16. Pulsars taurari ne na neutron waɗanda ke fitar da siginar rediyo na lokaci-lokaci kamar "masu haskakawa." A cikin tsarin binary, pulsar yana kewaya wani tauraro na neutron. Abin mamaki, lokacin kewaya na wannan tsarin yana raguwa a hankali: abubuwa biyu suna tafiya kusa da juna.
Wannan raguwar ta yi daidai da hasashen da aka yi game da Hadin Gwiwa na Janar game da asarar makamashi ta hanyar raƙuman nauyi. Wannan yana ba da shaida mai ƙarfi a kaikaice cewa akwai raƙuman nauyi. Don wannan binciken, Hulse da Taylor sun sami kyautar Nobel ta 1993 a fannin kimiyyar lissafi.
Gano kai tsaye: karo tsakanin LIGO da "ji" na ramin baki
Duk da hujjoji masu ƙarfi da ba a kaikaice ba, masana kimiyya har yanzu suna ci gaba da neman ganowa kai tsaye: kama raƙuman nauyi yayin da suke ratsawa ta Duniya. Wannan ƙoƙarin yana fuskantar ƙalubale masu yawa saboda girman raƙuman ruwa ƙanana ne. Mafita ita ce amfani da na'urar auna haske ta laser, wata na'ura da za ta iya auna ƙananan canje-canje a nesa.
Ta yaya LIGO ke aiki?
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) babban aiki ne a Amurka wanda ke da manyan wurare guda biyu: ɗaya a Hanford, Washington, da kuma ɗaya a Livingston, Louisiana. Kowannensu yana da hannu mai tsawon kilomita 4 mai tsawon interferometer. Ana raba hasken laser zuwa katako biyu waɗanda ke tafiya a baya da gaba tare da hannayen, sannan su sake haɗuwa. Lokacin da raƙuman nauyi suka ratsa ta, yana canza tsawon hannun kaɗan, yana samar da tsarin tsangwama mai aunawa, wanda aka canza.
Samun na'urori masu gano abubuwa guda biyu a wurare daban-daban yana da matuƙar muhimmanci don tabbatar da cewa siginar da aka lura ba ta samo asali ne daga tsangwama na gida ba (kamar ƙaramin girgizar ƙasa, girgizar abin hawa, ko wasu abubuwan muhalli). Idan na'urorin gano abubuwa guda biyu sun ga tsari mai daidaito tare da jinkirin lokaci mai ma'ana, siginar za ta fi zama raƙuman ruwa daga sararin samaniya.
Ganowa ta farko: GW150914
A ranar 14 ga Satumba, 2015, LIGO ta gano wata sigina daga baya mai suna GW150914. Wannan siginar ta samo asali ne daga haɗakar ramuka biyu baƙi tare da taro kusan sau goma na nauyin Rana, wanda ya faru sama da shekaru biliyan na haske daga Duniya. Wannan lamari ya haifar da "ƙara": ƙaruwa mai sauri a mita da girma wanda ya kai kololuwa yayin da ramukan baƙi biyu suka haɗu, sannan suka lafa.
An bayar da sanarwar a hukumance a watan Fabrairun 2016 kuma nan take aka yaba da ita a matsayin wani muhimmin ci gaba. Wannan gano ba wai kawai ya tabbatar da cewa raƙuman ruwa na nauyi ne kai tsaye ba, har ma ya nuna farkon gano tsarin ramin baki mai binary.
Saboda babbar gudummawar da suka bayar ga LIGO, an ba Rainer Weiss, Barry C. Barish, da Kip S. Thorne kyautar Nobel ta 2017 a fannin kimiyyar lissafi.
Me yasa gano raƙuman ruwa masu nauyi yake da mahimmanci?
Gano raƙuman ruwa masu nauyi galibi ana kiransa farkon zamanin ilmin taurari na raƙuman ruwa masu nauyi. Akwai dalilai da yawa da yasa wannan juyin juya hali ne:
1. Buɗe sabbin "hanyoyi" don lura da sararin samaniya
Abubuwa da yawa na sararin samaniya, kamar ramukan baƙi, ba sa fitar da haske mai sauƙin ganewa. Raƙuman ruwa masu nauyi suna ba mu damar nazarin waɗannan abubuwa kai tsaye ta hanyar tasirinsu akan lokacin sararin samaniya.
2. Gwada dangantakar gabaɗaya a ƙarƙashin yanayi mai tsauri
Haɗakar ramukan baƙi ya ƙunshi ƙarfin nauyi mai yawa da kuma saurin gudu mai yawa. Su dakin gwaje-gwaje ne na halitta don gwada ka'idodin Einstein a cikin mawuyacin yanayi waɗanda ke da wahalar kwafi a Duniya.
3. Fahimci asalin abubuwa masu nauyi
An nuna cewa haɗakar taurarin Neutron yana da alaƙa da samuwar abubuwa masu nauyi ta hanyar tsarin r (kamawa cikin sauri na neutron). Wannan yana taimakawa wajen amsa tambayar: daga ina neutrons suke fitowa? asalin zinare da platinum a sararin samaniya?
4. Taswirar yawan ramukan baƙi da taurarin neutron
Tare da gano abubuwa da yawa, masana kimiyya za su iya auna rarrabawar taro, yawan haɗuwa, da tarihin samuwar waɗannan ƙananan abubuwa.
Penutup
Raƙuman ruwa masu nauyi suna da ƙarfi a sararin samaniya wanda Einstein ya annabta sama da ƙarni ɗaya da ya wuce kuma a ƙarshe an tabbatar da su ta hanyar shaidar kai tsaye a cikin pulsars binary da gano kai tsaye ta LIGO a cikin 2015. Wannan gano ba wai kawai nasara ce ta fasaha ba, amma canji ne a yadda mutane ke kallon sararin samaniya: yanzu za mu iya "sauraron" sararin samaniya, ba kawai ganin ta ba. Yayin da sabbin na'urori masu gano abubuwa da haɗin gwiwar duniya (kamar Virgo a Turai, KAGRA a Japan, da LISA da aka tsara a sararin samaniya) ke tasowa, ana sa ran makomar ilmin taurari na raƙuman nauyi za ta ƙara wadata, wanda hakan zai kawo mu kusa da amsoshin manyan asirai na sararin samaniya.
