تم التقاط إشارات غامضة لم يسبق لها مثيل بواسطة كاشف موجات الجاذبية الجديد

منضدية موجة الجاذبية قام الكاشف القائم على قطعة من الكوارتز الرنين بتسجيل إشارتين غامضتين في أول 153 يومًا من التشغيل.

من غير الواضح بالضبط ما هي هذه الإشارات. يمكن أن يكونوا من عدد من الظواهر. لكن إحدى هذه الظواهر هي بالضبط ما صمم الكاشف لالتقاطه – موجات الجاذبية عالية التردد ، والتي لم يتم تسجيلها من قبل.

من السابق لأوانه التوصل إلى أي استنتاجات ، لكن التكرار التالي للكاشف سيكون قادرًا على تضييق نطاق سبب رنين الكوارتز.

“إنه لأمر مثير أن هذا الحدث أظهر أن الكاشف الجديد حساس ويعطينا نتائج ، ولكن علينا الآن تحديد ما تعنيه هذه النتائج بالضبط ،” قال الفيزيائي مايكل توبار من جامعة غرب أستراليا.

“من خلال هذا العمل ، أظهرنا لأول مرة أنه يمكن استخدام هذه الأجهزة ككاشفات موجات الجاذبية شديدة الحساسية.”

تم إجراء أول اكتشاف رائد لموجات الجاذبية قبل ست سنوات فقط. منذ ذلك الحين ، استمر كاشفات LIGO و Virgo في الكشف عن أن الكون يرن بموجات جاذبية كانت مخبأة سابقًا ، نتيجة التصادمات بين الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

هذه الكواشف ضخمة وذات أذرع 4 كيلومترات (2.5 ميل). تتعطل أشعة الليزر الموجودة على طول هذه الأذرع بشكل دقيق بفعل موجات الجاذبية المنتجة أنماط التداخل في الضوء المعاد تجميعه والذي يمكن تحليله للكشف عن طبيعة الحدث الذي تسبب في حدوث الأمواج. حتى الآن ، تم تحسين التكنولوجيا لنظام التردد المنخفض.

يصعب اكتشاف موجات الجاذبية عالية التردد ، لكنها تستحق المتابعة بالتأكيد. يتناسب الطول الموجي لموجات الجاذبية مع حجم الكون. تلك التي تحدث لاحقًا أكبر ، لذا فإن الموجات عالية التردد قد تكشف معلومات حول الانفجار العظيموالكون في بداية الزمان.

يمكن أن تتضمن مصادر موجات الجاذبية عالية التردد في الماضي القريب أجسامًا افتراضية مثل نجوم البوزون والثقوب السوداء البدائية. يمكن حتى أن تنتج هذه الموجات عن طريق سحب المادة المظلمة. لذلك سيكون علماء الفلك مهتمين بعمق باكتشاف هذه الإشارات.

قام Tobar وزميله الفيزيائي Maxim Goryachev من جامعة أستراليا الغربية بتصميم كاشف منضدية لموجات الجاذبية عالية التردد في 2014. الآن ، إلى جانب فريق دولي ، أجروا جولات مراقبة.

الكاشف نفسه عبارة عن قرص من بلورات الكوارتز ، يسمى مرنان الموجة الصوتية (BAW) ، مع جانب واحد محدب قليلاً. نظريًا ، يجب أن تولد موجات الجاذبية عالية التردد موجات صوتية ثابتة في القرص ، والتي يتم احتجازها على شكل فونونات من جانب الجانب المحدب.

يتم تبريد القرص بالتبريد لتقليل الضوضاء الحرارية ، وتلتقط الألواح الموصلة الموضوعة على مسافات صغيرة جدًا من البلورة الإشارات الكهروضغطية الدقيقة الناتجة عن الأوضاع الصوتية التي تهتز فيها. هذه الإشارة صغيرة للغاية ، لذلك يتم استخدام جهاز تداخل كمي فائق التوصيل ، أو SQUID ، ليعمل كمضخم إشارة شديد الحساسية.

يتم وضع الكاشف بالكامل في غرفة مفرغة محمية من الإشعاع لمنع أكبر قدر ممكن من التداخل. من خلال هذا الإعداد ، أجرى الفريق جولتي مراقبة ، وقام بالكشف خلال كل جولة – الأولى في 12 مايو 2019 ، والثانية في 27 نوفمبر 2019.

الآن ، هناك عدد من الاحتمالات المعقولة هنا. استرخاء الضغط الميكانيكي داخل قرص الكوارتز واحد ؛ حدث إشعاعي داخلي ناتج عن إشعاع مؤين خارجي هو حدث آخر ، على الرغم من أن الباحثين لا يعرفون أي حدث خارجي يمكن أن يكون سببًا لذلك.

وبالمثل ، على الرغم من أن أ دش نيزك يمكن أن ينتج موجات صوتية ، يجب أن يحمي التدريع الجهاز من هذه الموجات. قد يكون الجاني هو الأشعة الكونية.

الخيارات الأخرى أكثر إثارة – الاضطرابات التي تسببها العيوب الطوبولوجية في المادة المظلمة ، أو جسيمات المادة المظلمة الضخمة ، يمكن نظريًا أن تسبب الإشارات.

أو ، أخيرًا ، هناك احتمال وجود موجات جاذبية عالية التردد. سيتطلب هذا المزيد من الاستقصاء ، لأن شكل الإشارة لا يعرض خاصية “الزقزقة” للاندماج الكوني.

في التكرار التالي للكاشف ، سيضيف الباحثون بلورة ثانية ، مع حبار خاص بها وقراءات ، جنبًا إلى جنب مع كاشف الميون لاستبعاد الأشعة الكونية. من المفترض أن يساعد ذلك في تضييق نطاق الإشارات التي اكتشفها الفريق.

“هذه التجربة هي واحدة من اثنتين فقط من التجارب النشطة حاليًا في العالم التي تبحث عن موجات جاذبية عالية التردد عند هذه الترددات ، ولدينا خطط لتوسيع نطاق وصولنا إلى ترددات أعلى ، حيث لم يتم بحث أي تجارب أخرى من قبل ،” Tobar said.

“من المحتمل أن يوفر تطوير هذه التقنية الكشف الأول عن موجات الجاذبية عند هذه الترددات العالية ، مما يمنحنا رؤية جديدة في هذا المجال من علم فلك الموجات الثقالية.

“سيشمل الجيل التالي من التجربة بناء نسخة من الكاشف وكاشف ميوني حساس للجسيمات الكونية. إذا وجد كاشفان وجود موجات الجاذبية ، فسيكون ذلك مثيرًا حقًا.”

تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.