أظهر بحث جديد أن اكتشافات موجات الجاذبية المستقبلية من الفضاء ستكون قادرة على إيجاد مجالات أساسية جديدة ومن المحتمل أن تلقي ضوءًا جديدًا على جوانب الكون غير المبررة.
أظهر البروفيسور توماس سوتيريو من مركز الجاذبية بجامعة نوتنغهام وأندريا ماسيلي ، الباحث في GSSI وشريك INFN ، جنبًا إلى جنب مع باحثين من SISSA ، و La Sapienza من روما ، الدقة غير المسبوقة التي تمت بها ملاحظات الموجات الثقالية بواسطة مقياس التداخل الفضائي LISA (الليزر هوائي التداخل الفضائي) ، سيكون قادرًا على اكتشاف مجالات أساسية جديدة. نُشر البحث في مجلة Nature Astronomy .
في هذه الدراسة الجديدة يقترح الباحثون أن LISA ، كاشف الموجات الثقالية (GW) الفضائي والذي من المتوقع أن تطلقه وكالة الفضاء الأوروبية في عام 2037 ، سيفتح إمكانيات جديدة لاستكشاف الكون.
يوضح البروفيسور توماس سوتيرو ، مدير مركز الجاذبية في نوتنغهام: “تم اقتراح مجالات أساسية جديدة ، وخاصة السلالم ، في مجموعة متنوعة من السيناريوهات: كتفسيرات للمادة المظلمة ، كسبب للتوسع المتسارع للكون ، أو كمظاهر منخفضة الطاقة لوصف ثابت وكامل للجاذبية والجسيمات الأولية. لقد أظهرنا الآن أن LISA ستوفر إمكانات غير مسبوقة في اكتشاف الحقول العددية وهذا يوفر فرصًا مثيرة لاختبار هذه السيناريوهات. ”
لم تقدم ملاحظات الأجسام الفيزيائية الفلكية ذات مجالات الجاذبية الضعيفة وانحناء الزمكان الصغير أي دليل على مثل هذه المجالات حتى الآن. ومع ذلك ، هناك سبب لتوقع أن الانحرافات عن النسبية العامة ، أو التفاعلات بين الجاذبية والحقول الجديدة ، ستكون أكثر وضوحًا في الانحناءات الكبيرة. لهذا السبب ، فإن اكتشاف GWs – الذي فتح نافذة جديدة على نظام المجال القوي للجاذبية – يمثل فرصة فريدة لاكتشاف هذه الحقول.
مستوحاة من نسبة الكتلة القصوى (EMRI) والتي يكون فيها جسم مضغوط ذو كتلة نجمية ، سواء كان ثقبًا أسود أو نجمًا نيوترونيًا ، يلهم في ثقب أسود يصل إلى ملايين أضعاف كتلة الشمس ، من بين المصادر المستهدفة لـ LISA ، ويوفر ساحة ذهبية لسبر نظام الحقل القوي للجاذبية. يؤدي الجسم الأصغر عشرات الآلاف من الدورات المدارية قبل أن يغرق في الثقب الأسود الهائل ، وهذا يؤدي إلى إشارات طويلة يمكن أن تسمح لنا باكتشاف أصغر الانحرافات عن تنبؤات نظرية أينشتاين والنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.
طور الباحثون نهجًا جديدًا لنمذجة الإشارة وأجروا لأول مرة تقديرًا دقيقًا لقدرة LISA على اكتشاف وجود الحقول العددية المقترنة بتفاعل الجاذبية ، وقياس مقدار المجال القياسي الذي يحمله الجسم الصغير لـ ال EMRI. من اللافت للنظر أن هذا النهج لا أدري من الناحية النظرية ، لأنه لا يعتمد على أصل الشحنة نفسها ، أو على طبيعة الجسم الصغير. يوضح التحليل أيضًا أنه يمكن تعيين مثل هذا القياس لحدود قوية على المعلمات النظرية التي تحدد الانحرافات عن النسبية العامة أو النموذج القياسي.
سيتم تخصيص LISA للكشف عن موجات الجاذبية من خلال المصادر الفيزيائية الفلكية ، وستعمل في كوكبة من ثلاثة أقمار صناعية ، تدور حول الشمس على بعد ملايين الكيلومترات من بعضها البعض. سوف ترصد ليزا موجات الجاذبية المنبعثة من التردد المنخفض ، ضمن نطاق غير متاح لمقاييس التداخل الأرضية بسبب الضوضاء البيئية. سيسمح الطيف المرئي لـ LISA بدراسة عائلات جديدة من المصادر الفيزيائية الفلكية ، تختلف عن تلك التي لاحظها Virgo و LIGO ، مثل EMRIs ، مما يفتح نافذة جديدة على تطور الأجسام المدمجة في مجموعة كبيرة ومتنوعة من بيئات كوننا.
