ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග යනු කුමක්ද සහ ඒවායේ සොයාගැනීම්
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග යනු නූතන භෞතික විද්යාවේ වඩාත්ම විශ්මයජනක සොයාගැනීම් වලින් එකකි, මන්ද ඒවා මිනිසුන්ට විශ්වය නිරීක්ෂණය කිරීමට "නව ක්රමයක්" ලබා දෙයි. තාරකා විද්යාව මීට පෙර ආලෝකය මත විශ්වාසය තබා ඇත - දෘශ්ය ආලෝකය, රේඩියෝව, අධෝරක්ත කිරණ, එක්ස් කිරණ දක්වා - ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග අපට අවකාශයේ සහ කාලයේ "කම්පන" ඇසීමට ඉඩ සලසයි. මෙම සංසිද්ධිය හුදෙක් න්යායක් නොවේ; ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සෘජුවම අනාවරණය වී ඇති අතර, විශේෂයෙන් කළු කුහර සහ නියුට්රෝන තරු වැනි ආන්තික වස්තූන් සම්බන්ධයෙන් කොස්මික් පර්යේෂණවල නව පරිච්ඡේදයක් විවෘත කරයි.
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග යනු මොනවාද?
සරලව කිවහොත්, ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග යනු ඉතා විශාල ස්කන්ධයක ත්වරණය හේතුවෙන් අවකාශ-කාලය හරහා ප්රචාරණය වන රැළි හෝ "තරංග" වේ. අවකාශ-කාලය පිළිබඳ සංකල්පය ආරම්භ වන්නේ ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ගේ සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ න්යායෙන් (1915), එය ගුරුත්වාකර්ෂණය නිව්ටෝනියානු භෞතික විද්යාවේ මෙන් ආකර්ශනීය බලයක් ලෙස නොව, ස්කන්ධය සහ ශක්තිය පැවතීම නිසා අවකාශයේ සහ කාලයේ වක්රතාවයක් ලෙස සලකයි. විශාල ස්කන්ධ යම් යම් ආකාරවලින් චලනය වන විට - උදාහරණයක් ලෙස, එකිනෙකා වටා භ්රමණය වන කළු කුහර දෙකක් - අවකාශ-කාලයේ වක්රය ගතිකව වෙනස් වන අතර සෑම දිශාවකටම පැතිරෙන කැළඹීම් නිකුත් කරයි. මෙම කැළඹීම් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග ලෙස හැඳින්වේ.
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග ආලෝකයේ වේගයෙන් ගමන් කරයි. කෙසේ වෙතත්, ඒවා හරහා ගමන් කරන වස්තූන් කෙරෙහි ඒවායේ බලපෑම අතිශයින් කුඩා ය. කිලෝමීටරයක දුරින් ලක්ෂ්ය දෙකක් ගැන සිතන්න: ගමන් කරන ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංගයකට එම දුර ප්රෝටෝනයක විෂ්කම්භයට වඩා අඩු ප්රමාණයකින් වෙනස් කළ හැකිය. එබැවින්, 20 වන සියවසේ මුල් භාගයේ සිට මෙම අදහස පැවතුනද, එය ඔප්පු කිරීමට ඇදහිය නොහැකි තරම් සංකීර්ණ තාක්ෂණයක් අවශ්ය විය.
විශ්වයේ ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංගවල ප්රභවයන්
සියලුම ස්කන්ධ චලිතයන් මැනිය හැකි ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිපදවන්නේ නැත. චලනය වන මෝටර් රථයක් හෝ දුවන පුද්ගලයෙකු වැනි එදිනෙදා සිදුවීම් තාක්ෂණිකව ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිකුත් කරයි, නමුත් ඒවායේ විස්තාරය හඳුනා ගැනීමට ඉතා කුඩාය. නිරීක්ෂණය කළ හැකි ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සාමාන්යයෙන් ආරම්භ වන්නේ දැවැන්ත ස්කන්ධ, ආන්තික ත්වරණ සහ අසමමිතික චලිතය ඇතුළත් විශ්වීය සිදුවීම් මගිනි.
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංගවල ප්රධාන ප්රභවයන් කිහිපයක් නම්:
1. කළු කුහර ඒකාබද්ධ කිරීම
කක්ෂගත වන කළු කුහර දෙකක් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග හරහා ශක්තිය අහිමි වනු ඇත, ඒවායේ කක්ෂ හැකිලෙනු ඇත, අවසානයේ ඒවා ගැටී ඒකාබද්ධ වනු ඇත. මෙම සිදුවීම බලවත් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සංඥාවක් නිපදවනු ඇත.
2. නියුට්රෝන තරු ඒකාබද්ධ කිරීම
නියුට්රෝන තාරකාවක් යනු දැවැන්ත තාරකාවක ඝන, අවශේෂ හරයයි. නියුට්රෝන තාරකා දෙකක් ඒකාබද්ධ වූ විට, ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිපදවීමට අමතරව, මෙම සිදුවීම විවිධ තරංග ආයාමයන්ගෙන් ආලෝකය විමෝචනය කර රත්තරන් වැනි බර මූලද්රව්ය නිපදවිය හැකිය.
3. සුපර්නෝවා සහ දැවැන්ත තරු පිපිරීම්
තාරකාවක හරයේ බිඳවැටීම සමහර විට අසමමිතික වන අතර ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිකුත් කළ හැකි වුවද, ඒවා හඳුනා ගැනීම ඉතා අභියෝගාත්මක ය.
4. නියුට්රෝන තාරකාවල අසම්පූර්ණ භ්රමණය
නියුට්රෝන තාරකාවක් සුළු "ගැටීමක්" හෝ අක්රමිකතාවක් සහිතව භ්රමණය වුවහොත්, එයට අඛණ්ඩව ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිකුත් කළ හැකිය.
5. ප්රාථමික ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග
මුල් විශ්වය ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග නිපදවා විශ්ව පසුබිමට "කැටි කළ" බවට උපකල්පනය කර ඇත. අනාවරණය වුවහොත්, මෙය මහා පිපිරුමෙන් පසු පළමු තත්පර පිළිබඳ ඉඟි ලබා දිය හැකිය.
අයින්ස්ටයින්ගේ න්යායේ සිට පළමු සාධනය දක්වා
සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදයේ සමීකරණ මත පදනම්ව 1916 දී අයින්ස්ටයින් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග පුරෝකථනය කළේය (සහ 1918 දී ඒවා පිරිපහදු කළේය). නමුත් දශක ගණනාවක් තිස්සේ විද්යාඥයින් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සැබෑද නැතහොත් හුදෙක් ගණිතමය කෞතුක වස්තුද යන්න පිළිබඳව විවාද කර ඇත. අභ්යවකාශ කාලය ගතික වීම නිසා මෙම දුෂ්කරතාවය පැන නගී; "සැබවින්ම" මැනිය හැකි දේ තේරුම් ගැනීම සැමවිටම පහසු නොවේ.
20 වන සියවසේ මැද භාගයේදී සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ න්යාය වර්ධනය වූ විට සහ භෞතික විද්යාඥයින් ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සැබෑ ශක්තිය රැගෙන යන බව තේරුම් ගැනීමට පටන් ගත් විට තීරණාත්මක හැරවුම් ලක්ෂ්යයක් ඇති විය. ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග විමෝචනය කිරීමෙන් පද්ධතියක් ශක්තිය අහිමි වුවහොත්, එහි කක්ෂය හෝ චලිතය මැනිය හැකි ආකාරයකින් වෙනස් විය යුතුය.
වක්ර සාක්ෂි: හල්ස්–ටේලර් ද්විමය ස්පන්දන
1974 දී, තාරකා විද්යාඥයින් දෙදෙනෙකු වන රසල් හල්ස් සහ ජෝසප් ටේලර්, PSR B1913+16 ලෙස හැඳින්වෙන ද්විමය ස්පන්දන පද්ධතියක් සොයා ගත්හ. පල්සර් යනු "ප්රදීපාගාර" වැනි ආවර්තිතා රේඩියෝ සංඥා නිකුත් කරන නියුට්රෝන තරු වේ. ද්විමය පද්ධතියක, පල්සරයක් තවත් නියුට්රෝන තාරකාවක් වටා කක්ෂගත වේ. පුදුමයට කරුණක් නම්, මෙම පද්ධතියේ කක්ෂීය කාලය ක්රමයෙන් අඩු වෙමින් පවතී: වස්තූන් දෙක එකිනෙකට සමීපව ගමන් කරයි.
මෙම අඩුවීම ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග හරහා ශක්ති අලාභය පිළිබඳ සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදයේ අනාවැකි සමඟ ඉතා නිවැරදිව එකඟ වේ. මෙය ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග පවතින බවට ඉතා ප්රබල වක්ර සාක්ෂි සපයයි. මෙම සොයා ගැනීම සඳහා, හල්ස් සහ ටේලර් 1993 භෞතික විද්යාව සඳහා නොබෙල් ත්යාගය ලබා ගත්හ.
සෘජු සොයාගැනීම: LIGO සහ "ශ්රවණය" කළු කුහර ගැටුම්
බලගතු වක්ර සාක්ෂි තිබියදීත්, විද්යාඥයින් තවමත් සෘජු අනාවරණයක් අනුගමනය කරමින් සිටිති: ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග පෘථිවිය හරහා ගමන් කරන විට ඒවා ග්රහණය කර ගැනීම. තරංගවල විස්තාරය ඉතා කුඩා බැවින් මෙම උත්සාහය සැලකිය යුතු අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි. විසඳුම වන්නේ දුරෙහි ඉතා කුඩා වෙනස්කම් මැනිය හැකි උපකරණයක් වන ලේසර් ඉන්ටර්ෆෙරෝමීටරයක් භාවිතා කිරීමයි.
LIGO ක්රියා කරන්නේ කෙසේද?
LIGO (ලේසර් ඉන්ටර්ෆෙරෝමීටර ගුරුත්වාකර්ෂණ-තරංග නිරීක්ෂණාගාරය) යනු එක්සත් ජනපදයේ ප්රධාන පහසුකම් දෙකක් සහිත විශාල ව්යාපෘතියකි: එකක් වොෂින්ටනයේ හැන්ෆර්ඩ් හි සහ එකක් ලුසියානාවේ ලිවිංස්ටන්හි ය. එක් එක් ඒවාට කිලෝමීටර 4 ක් දිග ඉන්ටර්ෆෙරෝමීටර අතක් ඇත. ලේසර් කදම්භය බාහු දිගේ ඉදිරියට සහ පසුපසට ගමන් කරන කදම්භ දෙකකට බෙදී, පසුව නැවත ඒකාබද්ධ වේ. ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංගයක් හරහා ගමන් කරන විට, එය බාහුවල ඵලදායී දිග ඉතා සුළු වශයෙන් වෙනස් කරමින්, මැනිය හැකි, වෙනස් කළ මැදිහත්වීම් රටාවක් ඇති කරයි.
නිරීක්ෂණය කරන ලද සංඥාව දේශීය මැදිහත්වීම් (කුඩා භූමිකම්පාවක්, වාහන කම්පනයක් හෝ වෙනත් පාරිසරික සාධක වැනි) නිසා නොවන බව සහතික කිරීම සඳහා විවිධ ස්ථානවල අනාවරක දෙකක් තිබීම ඉතා වැදගත් වේ. අනාවරක දෙකම සාධාරණ කාල ප්රමාදයක් සහිත ස්ථාවර රටාවක් දකින්නේ නම්, සංඥාව අභ්යවකාශයේ සිට ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංගයක් වීමට බොහෝ දුරට ඉඩ තිබේ.
පළමු හඳුනාගැනීම: GW150914
2015 සැප්තැම්බර් 14 වන දින, LIGO විසින් පසුව GW150914 ලෙස නම් කරන ලද සංඥාවක් අනාවරණය කර ගන්නා ලදී. මෙම සංඥාව ආරම්භ වූයේ කළු කුහර දෙකක් සූර්යයාගේ ස්කන්ධය මෙන් දස ගුණයක් පමණ ස්කන්ධයන් සමඟ ඒකාබද්ධ වීමෙන් වන අතර එය පෘථිවියේ සිට ආලෝක වර්ෂ බිලියනයකට වඩා වැඩි දුරකින් සිදු වේ. මෙම සිදුවීම "චිර්ප්" ශබ්දයක් ඇති කළේය: කළු කුහර දෙක ඒකාබද්ධ වන විට උපරිමයට ළඟා වූ සංඛ්යාතයේ සහ විස්තාරයේ වේගවත් වැඩිවීමක්, පසුව අඩු විය.
නිල නිවේදනය 2016 පෙබරවාරි මාසයේදී නිකුත් කරන ලද අතර එය වහාම සන්ධිස්ථානයක් ලෙස ප්රශංසා කරන ලදී. මෙම සොයාගැනීම ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සෘජුවම සනාථ කළා පමණක් නොව, ද්විමය කළු කුහර පද්ධතියක් පිළිබඳ පළමු සෘජු අනාවරණය ද සනිටුහන් කළේය.
LIGO සඳහා ඔවුන්ගේ ප්රධාන දායකත්වය වෙනුවෙන්, 2017 භෞතික විද්යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්යාගය රේනර් වයිස්, බැරී සී. බැරිෂ් සහ කිප් එස්. තෝර්න් යන අයට පිරිනමන ලදී.
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග සොයා ගැනීම වැදගත් වන්නේ ඇයි?
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග අනාවරණය කර ගැනීම බොහෝ විට ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග තාරකා විද්යාවේ යුගයේ ආරම්භය ලෙස හැඳින්වේ. මෙය විප්ලවීය වීමට හේතු කිහිපයක් තිබේ:
1. විශ්වය නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා නව “ඉන්ද්රියන්” විවෘත කිරීම
කළු කුහර වැනි බොහෝ විශ්වීය වස්තූන් පහසුවෙන් හඳුනාගත හැකි ආලෝකයක් නිකුත් නොකරයි. ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග මගින් මෙම වස්තූන් අවකාශ කාලයට ඇති කරන බලපෑම් හරහා සෘජුවම අධ්යයනය කිරීමට අපට ඉඩ සලසයි.
2. ආන්තික තත්වයන් යටතේ සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදය පරීක්ෂා කිරීම
කළු කුහර ඒකාබද්ධ කිරීම් වලට ඇදහිය නොහැකි තරම් ශක්තිමත් ගුරුත්වාකර්ෂණයක් සහ ඇදහිය නොහැකි තරම් ඉහළ වේගයක් ඇතුළත් වේ. ඒවා පෘථිවියේ ප්රතිනිර්මාණය කිරීමට අපහසු ආන්තික තත්වයන් යටතේ අයින්ස්ටයින්ගේ න්යායන් පරීක්ෂා කිරීම සඳහා ස්වාභාවික රසායනාගාරයකි.
3. බර මූලද්රව්යවල මූලාරම්භය තේරුම් ගන්න
නියුට්රෝන තාරකා ඒකාබද්ධ වීම r-ක්රියාවලි (වේගවත් නියුට්රෝන ග්රහණය) හරහා බර මූලද්රව්ය සෑදීම සමඟ සම්බන්ධ වී ඇති බව පෙන්වා දී ඇත. මෙය විශ්වයේ රන් සහ ප්ලැටිනම් පැමිණියේ කොහෙන්ද යන ප්රශ්නයට පිළිතුරු දීමට උපකාරී වේ.
4. කළු කුහර සහ නියුට්රෝන තාරකා වල ජනගහනය සිතියම්ගත කිරීම
බොහෝ අනාවරණයන් සමඟින්, විද්යාඥයින්ට මෙම සංයුක්ත වස්තූන්ගේ ස්කන්ධ ව්යාප්තිය, ඒකාබද්ධ අනුපාත සහ ගොඩනැගීමේ ඉතිහාසය මැනිය හැකිය.
වසා දැමීම
ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග යනු සියවසකට පෙර අයින්ස්ටයින් විසින් පුරෝකථනය කරන ලද අවකාශ කාලයේ රැළි වන අතර අවසානයේ ද්විමය ස්පන්දනවල වක්ර සාක්ෂි සහ 2015 දී LIGO විසින් සෘජු අනාවරණය මගින් තහවුරු කරන ලදී. මෙම සොයා ගැනීම තාක්ෂණික ජයග්රහණයක් පමණක් නොව, මිනිසුන් විශ්වය දෙස බලන ආකාරයෙහි වෙනසක් ද වේ: අපට දැන් විශ්වයට "සවන් දිය හැකිය", එය දැකීමට පමණක් නොවේ. නව අනාවරක සහ ගෝලීය සහයෝගීතා (යුරෝපයේ කන්යා, ජපානයේ KAGRA සහ අභ්යවකාශයේ සැලසුම් කර ඇති LISA වැනි) වර්ධනය වන විට, ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග තාරකා විද්යාවේ අනාගතය තවත් පොහොසත් වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කරන අතර, විශ්වයේ ශ්රේෂ්ඨතම අභිරහස් සඳහා පිළිතුරු වෙත අපව සමීප කරයි.
