علم فلك الموجات الثقالية
القيمة العلمية

يعتمد علم الفلك على الإشعاع الكهرومغناطيسي بشكل تقليدي. والذي نشأ مع بداية الحزم المرئية، أصبح من الممكن مع تطور التكنولوجيا مراقبة أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي، مثل موجات الراديو وأشعة غاما. أعطى كل مجال ترددات جديد منظورًا جديدًا للكون وقدم اكتشافات جديدة. قدمت القياسات المباشرة وغير المباشرة للجسيمات ذات الطاقة العالية خلال القرن العشرين نافذة إضافية لرؤية الكون. أسس اكتشاف النيوتريونات الشمسية في أواخر القرن العشرين مجال علم الفلك النيوتريني، مما أعطى نظرة ثاقبة للظواهر التي تعذر الوصول إليها في السابق مثل العمليات الداخلية في الشمس. توفر مراقبة موجات الجاذبية وسيلة أخرى لتسجيل الملاحظات الفيزيائية الفلكية.
حصل راسل هولس وجوزيف تايلور على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1993 لإثباتهم أن التحلل المداري لزوج من النجوم النيوترونية أحدهما نجم نابض يماثل توقعات النسبية العامة للموجات الثقالية. لوحظ بعد ذلك العديد من النجوم النابضة الثنائية (بما في ذلك نظام النابض المزدوج)، وكلها تنبأت بوجود موجات الجاذبية. مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لرينر فايس وكيب ثورن وباري باريش في عام 2017 لدورهم في أول اكتشاف لموجات الجاذبية.
توفر الموجات الثقالية معلومات مكملة للمعلومات التي توفرها وسائل أخرى. من خلال الجمع بين اثار وملاحظات لحدث واحد جُمعت باستخدام وسائل مختلفة، من الممكن حينها اكتساب فهم أكبر لخصائص المصدر. يمكن أيضًا استخدام موجات الجاذبية لمراقبة الأنظمة التي تكون غير مرئية (أو يكاد يكون من المستحيل اكتشافها) بالنسبة للوسائل الأخرى. على سبيل المثال: هي توفر طريقة فريدة لقياس خصائص الثقوب السوداء.
يمكن أن تنبعث موجات الجاذبية بعدة طرق ولكن لإنتاج إشارات قابلة للكشف يجب أن يكون المصدر أجسام ضخمة جدا تتحرك بسرعة عالية جدا. المصدر الرئيسي هو بقايا نجمية متراصة ثنائية. بعض الأمثلة:
ثنائيات متراصة مكونة من جسمين يمتلكان كثافة عالية يدوران حول النجوم مثل الأقزام البيضاء أو النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء. تعتبر الثنائيات الأوسع نطاقًا (ذات الترددات المدارية الأقل) مصدرًا لموجات الثقالة التي تلتقطها بعض الكواشف مثل ليزا. تنتج الثنائيات الأقرب إشارة للكواشف الأرضية مثل ليكو. يمكن أن تكشف أجهزة الكشف الأرضية عن أجسام ثنائية تحتوي على ثقب أسود متوسط الكتلة تشمل عدة مئات كتلة شمسية.
الثقوب السوداء فائقة الكتلة الثنائية، تتكون من ثقبين أسودين بكتل من 5^10 إلى 10^9 كتلة شمسية. تم العثور على الثقوب السوداء الفائقة في وسط المجرات. عندما تندمج المجرات يكون من المتوقع أن تندمج ثقوبها السوداء الفائقة المركزية أيضًا. من المحتمل أن يكون ذلك أقوى مصدر لإشارات الموجات الثقالية.
أنظمة نسبة الكتلة المرتفعة لنجم مضغوط يدور حول ثقب أسود هائل. [32] تعتبر هذه الأنظمة مصادر معلومات لبعض الكواشف مثل ليزا. تنتج الأنظمة ذات المدارات اللامركزية حزمة من الموجات الثقالية عندما تمر عبر أقرب نقطة. أما الأنظمة ذات المدارات شبه الدائرية تصدر باستمرار موجات ضمن نطاق تردد كواشف ليزا. يمكن ملاحظة وجود أنظمة نسبة الكتلة المرتفعة في العديد من المدارات. مما يجعلهم موضع ابحاث ممتاز لهندسة الزمكان، ويسمح ذلك بإجراء اختبارات دقيقة على نظرية النسبية العامة.
يوجد بالإضافة إلى الأجسام الثنائية مصادر محتملة أخرى:
تصدر النجوم المستعرة العظمة رشقات عالية التردد من موجات الجاذبية التي يمكن اكتشافها باستخدام كواشف مثل ليغو أو فيرغو.
تمثل النجوم النيوترونية الدوارة مصدرًا لموجات مستمرة عالية التردد إذا كانت لا تمتلك تناسق محوري.
العمليات الكونية المبكرة مثل التضخم أو المرحلة الانتقالية.
يمكن ان تصدر الأوتار الكونية أيضًا موجات الثقالة إن وجدت. يؤكد اكتشاف هذه الموجات الثقالية وجود الأوتار الكونية.
تتفاعل موجات الثقالة بشكل ضعيف مع المادة. ويجعل ذلك من الصعب اكتشافها. ويعني ذلك أيضًا أنه يمكنها الانتقال بحرية عبر الكون ولا يتم امتصاصها أو تشتيتها مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي. لذلك من الممكن رؤية مركز الأنظمة الكثيفة، مثل قلب النجوم المستعرة أو مركز المجرات. من الممكن أيضًا أن نرى الزمن الماضي من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي لأن الكون المبكر كان معتمًا ولكنه شفاف بالنسبة لموجات الجاذبية.
إن قدرة الموجات الثقالية على الحركة بحرية عبر المادة تعني أيضًا أنه لا يتم توجيه كواشف موجات الثقالية لمراقبة مجال رؤية واحد (على عكس التلسكوبات) ولكنها تراقب السماء بأكملها. تعتبر الكواشف أكثر حساسية في بعض الدراسات من غيرها، ويعتبر ذلك أحد الأسباب التي تجعل من المفيد وجود شبكة من الكواشف.