علم فلك الموجات الثقالية
الطموح العلمي

الأمواج الثقالية Gravitational Waves هي إحدى الظواهر التي تنبأ بها آينشتاين من خلال نظريته في النسبية العامة قبل ما يُقارب المئة عام، ويمكن تشبيهها بالأثر الذي تُحدثه حصاة عند إلقاءها ببركة ماء على سطحها ورقتي شجر، حيث يَنتُج عن ذلك تموجات على سطح البركة وعندما تصل هذه التموجات لمكان الورقتين ستهتزان مقتربتين ومبتعدتين عن بعضهما بشكلٍ طفيف، وكذلك تنتشر الأمواج الثقالية عبر نسيج الزمان والمكان (الزمكان) مُسببة تغيرات في المواضع النسبية للأجسام وانحرافات في الأشعة الكهرومغناطيسية المنتشرة في الكون، لكنَّ هذه الامواج تستلزم أحداثًا فلكيةً ضخمة لكي تَنتُج كاصطدام ثقبين أسودين أو دوران نجمين نيوترونيين حول بعضهما أو حتى نشوء الكون وتضخمه في أجزاء من الثانية. وذلك الاكتشاف سوف يدفع الفيزيائيين لإعادة النظر في العديد من الفرضيات والنماذج الموضوعة لتفسير مسائل عميقة في الفيزياء والفلك. قبل مائة عام، اقترح آينشتاين، في نسبيّته العامّة، تصوّراً لـ “الموجات الثقالية”؛ إذ رأى، من خلاله، أن الزمكان (النسيج الزماني والمكاني في الكون) يشبه ورقة مطّاطية مسطّحة، إن دحرجنا كرةً فوقها، ستتمطّط، ما يؤدّي إلى انحناء الورقة. يُنتج عن انحناء الزمكان (النسيج الزماني والمكاني في الكون) أمرين؛ الأول، هو الجاذبية الأرضية، والثاني، دوران الأرض حول الشمس. أضخم اكتشاف علمي منذ مئة عام: الموجات الثقالية تثبت نظرية آينشتاين حول الأرض
يمكن لعدد قليل من الأشياء أن تعطي تأكيدًا أكثر إرضاءً لنظرية أينشتاين في الجاذبية، أكثر إرضاءً من الملاحظة المباشرة للثقوب السوداء أو الموجات الثقالية؛ وذلك لأنها تلخِّص فكرة حني وثني الزمكان.
تخَصَّصَ ساتيابراكاش في الموجات الثقالية وكان على يقين أنها في الحقيقة ستقوده إلى مفتاح الأُحجيتين. "الثقوب السوداء هي سوداء بالمعنى الكهرومغناطيسي؛ فهي لا تصدر أي ضوء ولا أي موجات راديوية وهلمّ جراً، لكنها من الممكن أن تصدر موجاتٍ ثقالية، أفضل مثال هو النظام الثنائي من الثقوب السوداء الموصوف أعلاه. برصدنا للموجات الثقالية، قد يصير بإمكاننا أن نقيس تركيب هندسية الزمكان حول الثقب الأسود بطريقة لن تكون ممكنة في أي تجربة أخرى، ويُعتقد أن معظم المجرات تحتوي ثقبًا أسود في مركزها، كما أن هذه الثقوب ليست جالسة هناك مكتوفة الأيدي، فهي لا تفتؤ تلتهم المواد الأخرى، والثقوبَ السوداء الأخرى الموجودة في المناطق المجاورة لها. عندما يسقط ثقب أسود صغير في ثقب أسود أكبر منه، فإنه يأخذ مدارًا معقدًا للغاية، وعندما يتحرك الثقب الأسود الصغير بشكل دائري، فإنه يأخذ عينة من هندسية الزمكان الموجود في المنطقة، وتقوم إشارات الموجات الثقالية المنبعثة بتشفير هذه الهندسية.
والأهم من ذلك، تتنبأ نظرية أينشتاين أنه عند اصطدام ثقبين أسودين تنتج موجات ثقالية مع كميات هائلة من الطاقة في مُدَّة قصيرة جداً. تظهر هذه الكمية من الطاقة على شكل سُطوع، والتي تَفُوق جميع أضواء النجوم القادمة من كل مجرات الكون. "على الرغم من أن الثقوب السوداء هي سوداء كهرومغناطيسيًا، فإنه من الممكن أن تضيء الكون بأكمله، (وذلك من حيث الموجات الثقالية)، مع أن ذلك لا يبقى إلا فتره قصيرة جداً، ومن هنا يأتي الاهتمام بالموجات الثقالية.
هناك مشروعان طَموحان، وهما: هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي (LISA)، وهو مستكشف فضائي من المقرر أن ينطلق بحدود العام 2020، وتلسكوب أينشتاين، الذي من الممكن أن يُبنى بين عامي 2025 و2030 ، وسيكون لكليهما القدرة على اكتشاف أمواج الجاذبية من تصادمات الثقوب السوداء البعيدة في الكون. وستزود الثقوب السوداء الثنائية والنجوم النيوترونية علماء الفلك بطرق محسنة للتغلب على مشكلة صعوبة قياس المسافات الكونية، وبمقارنة الكثافة المرصودة لموجة ثقالية ناتجة من اندماج الثقوب السوداء ذات الشدة الداخلية (والتي يمكن أن تحسب من الناحية النظرية)، فإنه من الممكن حساب بعد مصدر الموجة عنا. وبالتالي، فإن عمليات رصد الموجات الناتجة عن عدة اندماجات للثقوب السوداء ستزودنا بمقياس مسافة كوني، وهي علامات مسافية في المكان والزمان، والتي يمكننا قياس المسافات الأخرى بناءً عليها. يساعد هذا على تحديد بعض الملامح الهامة للكون، على سبيل المثال مدى السرعة التي يتوسع بها. يستخدم الفلكيون حاليًا ظواهرَ أخرى، فيستخدمون على سبيل المثال المستعرات الفائقة (supernovae) لبناء مقياس المسافة الكوني، ولكن ساتيابراكاش يقول إن الموجات الثقالية ستزيد الدّقة بشكل كبير. إحدى الإمكانيات المثيرة هي الكشف عن الموجات التي تنبعث على طول الطريق من الانفجار الكبير. "وربما أُنتِجت موجات ثقالية بعد جزء صغير من الثانية من الانفجار الكبير، وقد سافرت إلينا سليمة من دون أي تلف. عن طريق رصدنا لها، سيكون لدينا إمكانية معرفة أوضاع الكون في وقت مبكر جدًا من حياته. سبق وأن وضعنا، في ورقة من مجلة "Nature" الشهر الماضي، حدودًا للقوة التي يمكن أن تكون عليها هذه الموجات". لكن ماذا لو لم يستطع أيٌ من أجهزة الكشف المتطورة، التي ستدخل حيز العمل خلال العشرين سنة القادمة، اكتشاف أي موجات؟ هل سيثير ذلك شكوكًا حول وجودها، أو حتى حول نظرية أينشتاين في الجاذبية ككل؟ يقول ساتيابراكاش: "نحن نعلم أن الموجات الثقالية موجودة، لا أعتقد أن أي شخص بكامل قواه العقلية ممكن أن يشك في (أدلة النجم النيوتروني لهالس وتايلور). في الواقع، نال تايلور وهالس جائزة نوبل في الفيزياء في 1993 لاكتشافهما هذا. لكن الأمر الذي يمكن أن يحدث، هو أن يثبُت أن مصادر الموجات الثقالية ليست شائعة جدًا. سيكون الجيل القادم من الكواشف حساساً لمسافة 600 مليون سنة ضوئية، والسؤال هو: هل هذا جيد بما فيه الكفاية. لكن التوقعات الحالية المبنية على النجم النابض الثنائي لهالس وتايلور تقول أننا نرى الأحداث ضمن 600 إلى 700 مليون سنة ضوئية، وهذه هي المسافة التي تهدف المستكشفات المتقدمة إلى تحقيقه.