امواج گرانش
آشكار سازهايي كه امروزه براي جستجوي امواج گرانشي به كار مي روند، گرچه تلسكوپ امواج گرانشي امواج نيز نام دارد اما در عمل هيچ شباهتي به تلسكوپ نوري ندارند.
اساس كار اين آشكار سازها، پديده اي به نام تداخل سنج است. در اين روش دو باريكه هم فاز نور در دو مسير عمود بر هم حركت مي كنند در انتها، مسيرهاي بازتابنده اي قرار دارد كه نور را به مبداء باز مي تاباند.
دو باريكه نور وارد يك تلسكوپ مي شوند و يك طرح تداخلي مي سازند. در آن جا مي توان فهميد كه در طول مسير آيا اتفاقي براي يكي باز پرتوها روي داده است يا خير؟
اگر پديده اي باعث تغيير يكي از باريكه ها شود آنگاه دو پرتو با هم اختلاف فاز پيدا مي كنند و وقتي با يكديگر تركيب شوند طرح تداخلي آنها تغيير خواهد كرد و ديگر همان شكل قبلي را نخواهد داشت. با مشاهده اين تغيير مي توان فهميد كه چه اتفاقي افتاده است. اگر اين پديده موج گرانشي باشد، موج گرانشي در راستاي عمود بر انتشار خود، فضا-زمان را دچار تغيير خواهد كرد.
به عبارتي مسير نور در اثر عبور موج گرانشي تغيير مي كند. فرض كنيم در راستاي يكي از بازوها عبور مي كند. طبق خاصيت موج گرانشي ،طول بازو براي مسير نور تغيير مي كند. درست مثل وقتي كه نور در هوا وارد آب يا شيشه مي شود و سرعت آن تغيير مي كند. بنابراين نور در مدت زمان متفاوتي اين مسير را طي مي كند. و به همين دليل نسبت به حالات قبل اختلاف فاز پيدا مي كند. اختلاف فاز اين پرتو موجب مي شود كه ديگر پرتوها يكديگر را خنثي نكنند و در نتيجه يك جرقه را لحظه اي باشكل خاص مشاهده مي كنيم. پس از مشاهده يك درخش نمايانگر عبور موج گرانشي است اما ممكن است عوامل ديگري مثل زمين لرزه باعث ايجاد چنين تغييراتي شود. به همين خاطردر مجاورت يكي از آشكارسازها، آشكارساز كوچكتري با همين خصوصيات ولي با طول بازوي 2 كيلومتر ساخته مي شود. اگر موج گرانشي عبور كند، اثر آن بر آشكارساز كوچك، نصف آشكارساز بزرگ است از جمله آشكار سازهاي روي زمين آشكار ساز ليگو است.
»ليگو«با وجود آنكه در حال حاضر بزرگ ترين آشكار ساز امواج گرانشي روي زمين است. مشكلات و محدوديت هاي بزرگ نيز دارد كه مهم ترين آن ها حساسيت نسبتاً پايين به امواج گرانشي است. ليگو مي تواند منظومه دوتايي ستاره هاي نوتروني را تنها در چند صدم ثانيه اي كه اين دو با هم برخورد مي كنند آشكاركند. در چنين لحظه اي امواج گرانشي در حوالي منظومه بسيار قوي است. ماهواره به گونه اي طراحي شده است كه تمام عوامل محيطي حتي فشار تابشي خورشيد را حذف مي كند و غير از امواج گرانشي هيچ عامل ديگري نتواند خللي در حركت باز تابنده هاي مكعبي شكل آن ايجاد كند.
»ليزا«در سال (2010)به فضا پرتاب مي شود و در فواصل دور دست به مشاهده سياه چاله هاي سنگين وزن درون كهكشان ها و منظومه هاي دوتايي سياه چاله ها و ستاره هاي نوتروني مي پردازد. يك راه ديگر براي آگاهي از امواج گرانشي و آنچه در پيرامون ما در فضا اتفاق مي افتد شبيه سازي رايانه اي است. در اين كار وضعيت فيزيكي خاصي را درنظر مي گيرند و با كمك معادلات توصيف كننده آن وضعيت، رفتار بعدي آن را شبيه سازي مي كنند هر چند كه معادلات رياضي بسيار پيچيده اي دارد. بررسي امواج اجرام مختلف به ما كمك مي كند تا اطلاعات بيشتري در مورد ساختار آن ها كسب كنيم. با مشاهده يك ابر نواختر مي توان سرعت مواج الكترومغناطيس و سرعت موج گرانشي را مقايسه كرد. دريافت موج گرانشي از يك ستاره نوتروني مي تواند اطلاعات دقيق تري در مورد شعاع و جرم آنها به ما مي دهد.
برخي نيز به دنبال رد پاي»پلانك« لحظات آغازين عالم هستند. مدلهاي كيهان شناسي نشان مي دهد كه در لحظات آغازين عالم، امواج گرانشي بسيار بسيار قوي گسيل شده اند. شدت امواج تا به زمين برسد21-10 بار كم مي شود. اما اگر مثلاً فاصله منظومه تا زمين چند ده تا چند صد ميليون سال نوري باشد. با اين شدت بسيار كم، فاصله»انتهاي تونل فقط 18-10متر تغيير مي كند كه از قطر هسته اتم كمتر است. در فاصله نه چندان دوري از شهر پيزا، تداخل سنج ويرگو(سنبله)قرار دارد. ليگو به ويرگو تشابه بسياري دارد اما در طراحي آن سعي شده است از يك روش خود لرزه فعال استفاده شده كه به مراتب بهتر از طرح قديمي ليگو است. از جمله آشكارسازها ،آشكار ساز »تاما«در توكيو ژاپن وآشكار ساز ژئو محصول مشترك و آلمان است.
اما تمام تلاش ها بر روي زمين صورت نمي گيرد، طرحي به نام ليزا Lisa در دست است كه از سه ماهواره تشكيل شده در فضا به شكل يك مثلث متساوي الاضلاع با طول هر ضلع 5 كيلومتر قرار دارد . ماهواره هاي ليزا در فاصله 50 ميليون كيلومتري زمين به دور خورشيد قرار خواهد گرفت. يكي از ماهواره، هم به صورت منبع تابنده ليزر و هم به صورت دريافت كننده پرتو هاي بازتابنده عمل مي كند و دو ماهواره ديگر در نقش بازتابنده(از قطعات مكعبي شكل ساخته شده است)استفاده مي كنند كه آزادانه در فضاي درون ماهواره حركت مي كند. دانشمندان اميدوارانه همانطور كه تابش زمينه كيهاني را يافتند و بر اساس آن نتوانستند اطلاعاتي درمورد چند صد هزار سال پس از مهبانگ به دست آوردند، بتوانند پژواك تولد عالم راحتي تا زمان 43-10 ثانيه نخست عالم از طريق امواج گرانشي كشف كنند. تمام اين پيش بيني ها درگرو آشكار سازي اين امواج خجالتي است.
پي نويس ها بر گرفته از منابع: 1)مجله هاي نجوم، چاپ انجمن نجوم ايران2)كيهان شناس3)جهان هستي
اساس كار اين آشكار سازها، پديده اي به نام تداخل سنج است. در اين روش دو باريكه هم فاز نور در دو مسير عمود بر هم حركت مي كنند در انتها، مسيرهاي بازتابنده اي قرار دارد كه نور را به مبداء باز مي تاباند.
دو باريكه نور وارد يك تلسكوپ مي شوند و يك طرح تداخلي مي سازند. در آن جا مي توان فهميد كه در طول مسير آيا اتفاقي براي يكي باز پرتوها روي داده است يا خير؟
اگر پديده اي باعث تغيير يكي از باريكه ها شود آنگاه دو پرتو با هم اختلاف فاز پيدا مي كنند و وقتي با يكديگر تركيب شوند طرح تداخلي آنها تغيير خواهد كرد و ديگر همان شكل قبلي را نخواهد داشت. با مشاهده اين تغيير مي توان فهميد كه چه اتفاقي افتاده است. اگر اين پديده موج گرانشي باشد، موج گرانشي در راستاي عمود بر انتشار خود، فضا-زمان را دچار تغيير خواهد كرد.
به عبارتي مسير نور در اثر عبور موج گرانشي تغيير مي كند. فرض كنيم در راستاي يكي از بازوها عبور مي كند. طبق خاصيت موج گرانشي ،طول بازو براي مسير نور تغيير مي كند. درست مثل وقتي كه نور در هوا وارد آب يا شيشه مي شود و سرعت آن تغيير مي كند. بنابراين نور در مدت زمان متفاوتي اين مسير را طي مي كند. و به همين دليل نسبت به حالات قبل اختلاف فاز پيدا مي كند. اختلاف فاز اين پرتو موجب مي شود كه ديگر پرتوها يكديگر را خنثي نكنند و در نتيجه يك جرقه را لحظه اي باشكل خاص مشاهده مي كنيم. پس از مشاهده يك درخش نمايانگر عبور موج گرانشي است اما ممكن است عوامل ديگري مثل زمين لرزه باعث ايجاد چنين تغييراتي شود. به همين خاطردر مجاورت يكي از آشكارسازها، آشكارساز كوچكتري با همين خصوصيات ولي با طول بازوي 2 كيلومتر ساخته مي شود. اگر موج گرانشي عبور كند، اثر آن بر آشكارساز كوچك، نصف آشكارساز بزرگ است از جمله آشكار سازهاي روي زمين آشكار ساز ليگو است.
»ليگو«با وجود آنكه در حال حاضر بزرگ ترين آشكار ساز امواج گرانشي روي زمين است. مشكلات و محدوديت هاي بزرگ نيز دارد كه مهم ترين آن ها حساسيت نسبتاً پايين به امواج گرانشي است. ليگو مي تواند منظومه دوتايي ستاره هاي نوتروني را تنها در چند صدم ثانيه اي كه اين دو با هم برخورد مي كنند آشكاركند. در چنين لحظه اي امواج گرانشي در حوالي منظومه بسيار قوي است. ماهواره به گونه اي طراحي شده است كه تمام عوامل محيطي حتي فشار تابشي خورشيد را حذف مي كند و غير از امواج گرانشي هيچ عامل ديگري نتواند خللي در حركت باز تابنده هاي مكعبي شكل آن ايجاد كند.
»ليزا«در سال (2010)به فضا پرتاب مي شود و در فواصل دور دست به مشاهده سياه چاله هاي سنگين وزن درون كهكشان ها و منظومه هاي دوتايي سياه چاله ها و ستاره هاي نوتروني مي پردازد. يك راه ديگر براي آگاهي از امواج گرانشي و آنچه در پيرامون ما در فضا اتفاق مي افتد شبيه سازي رايانه اي است. در اين كار وضعيت فيزيكي خاصي را درنظر مي گيرند و با كمك معادلات توصيف كننده آن وضعيت، رفتار بعدي آن را شبيه سازي مي كنند هر چند كه معادلات رياضي بسيار پيچيده اي دارد. بررسي امواج اجرام مختلف به ما كمك مي كند تا اطلاعات بيشتري در مورد ساختار آن ها كسب كنيم. با مشاهده يك ابر نواختر مي توان سرعت مواج الكترومغناطيس و سرعت موج گرانشي را مقايسه كرد. دريافت موج گرانشي از يك ستاره نوتروني مي تواند اطلاعات دقيق تري در مورد شعاع و جرم آنها به ما مي دهد.
برخي نيز به دنبال رد پاي»پلانك« لحظات آغازين عالم هستند. مدلهاي كيهان شناسي نشان مي دهد كه در لحظات آغازين عالم، امواج گرانشي بسيار بسيار قوي گسيل شده اند. شدت امواج تا به زمين برسد21-10 بار كم مي شود. اما اگر مثلاً فاصله منظومه تا زمين چند ده تا چند صد ميليون سال نوري باشد. با اين شدت بسيار كم، فاصله»انتهاي تونل فقط 18-10متر تغيير مي كند كه از قطر هسته اتم كمتر است. در فاصله نه چندان دوري از شهر پيزا، تداخل سنج ويرگو(سنبله)قرار دارد. ليگو به ويرگو تشابه بسياري دارد اما در طراحي آن سعي شده است از يك روش خود لرزه فعال استفاده شده كه به مراتب بهتر از طرح قديمي ليگو است. از جمله آشكارسازها ،آشكار ساز »تاما«در توكيو ژاپن وآشكار ساز ژئو محصول مشترك و آلمان است.
اما تمام تلاش ها بر روي زمين صورت نمي گيرد، طرحي به نام ليزا Lisa در دست است كه از سه ماهواره تشكيل شده در فضا به شكل يك مثلث متساوي الاضلاع با طول هر ضلع 5 كيلومتر قرار دارد . ماهواره هاي ليزا در فاصله 50 ميليون كيلومتري زمين به دور خورشيد قرار خواهد گرفت. يكي از ماهواره، هم به صورت منبع تابنده ليزر و هم به صورت دريافت كننده پرتو هاي بازتابنده عمل مي كند و دو ماهواره ديگر در نقش بازتابنده(از قطعات مكعبي شكل ساخته شده است)استفاده مي كنند كه آزادانه در فضاي درون ماهواره حركت مي كند. دانشمندان اميدوارانه همانطور كه تابش زمينه كيهاني را يافتند و بر اساس آن نتوانستند اطلاعاتي درمورد چند صد هزار سال پس از مهبانگ به دست آوردند، بتوانند پژواك تولد عالم راحتي تا زمان 43-10 ثانيه نخست عالم از طريق امواج گرانشي كشف كنند. تمام اين پيش بيني ها درگرو آشكار سازي اين امواج خجالتي است.
پي نويس ها بر گرفته از منابع: 1)مجله هاي نجوم، چاپ انجمن نجوم ايران2)كيهان شناس3)جهان هستي
+ نوشته شده در شنبه یازدهم خرداد 1387ساعت 17:5 توسط داریوش قایدرحمتی
|
