فوران‌های پرتوی گاما، راه‌نمای پژوهش روی امواج گرانشی می‌شود.

در سال 1916 با تولد نسبیت عام اینشتاین، وجود موج گرانشی که جابه‌جاکننده‌ی انرژی گرانشی‌ است، پیش‌بینی شد. ولی با وجود هم‌خوانی بسیاری از پیش‌بینی‌های این نظریه با مشاهدات، موج گرانشی هم‌چنان دور از نظر مانده است. این امواج که در خمش فضازمان ساری‌اند، نتیجه‌ای از ناوردایی لورنتس در نسبیت عام، و مرتبط با محدودیت سرعت انتشار برهم‌کنش‌های گرانشی‌اند.

فوران‌های پرتوی گاما، که درخشان‌ترین روی‌دادِ الکترومغناطیسیِ شناخته‌شده در جهان است، معمولاً حاصل ابرنواخترها و یا ادغام ستاره‌های نوترونی دوتایی است. این فوران‌ها بین ده میلی‌ثانیه تا چند دقیقه به طول می‌انجامد.

امواجِ گرانشی – حرکاتِ موجی‌شکل در فضازمان که توسط اینشتاین پیش‌بینی شد – هیچ‌گاه مستقیماً مشاهده نشده‌اند. آشکارسازیِ امواج گرانشی، پیچیده است؛ زیرا تاثیرِ شدیداً کوچکی روی آشکارسازها دارند و مهم‌ترین چشمه‌های این امواج (از قبیل سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی دوتایی) آن‌چنان از زمین دورند که مقدار موجی که در زمان از آن‌ها به ما می‌رسد، شدیداً کم است.

پژوهش‌گران برای مقابله با این چالش، تداخل‌سنج‌های فوق حساس مبتنی بر لیزر را ساخته‌اند که می‌تواند عبور امواج گرانشی را با اندازه‌گیری تفاوتِ طولیِ بسیار اندک بین دو بازوی عمودی تداخل‌سنج، آشکار کند. این بازوها، بسیار بزرگ و از مقیاس کیلومترند. از آن‌جا که اندازه‌گیری‌های هم‌زمان با چندین آشکارساز در محل‌های دور-از-هم، بهترین روش برای جلوگیری از سیگنال‌های غلط است؛ دو هم‌کاری بزرگ بین‌المللی – رصدخانه‌ی موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری^۱ (LIGO) با رصدخانه‌هایی در لوییزیانا و واشینگتون، و تداخل‌سنجِ Virgo در ایتالیا – تیمِ پژوهشیِ مشترک تشکیل داده‌اند. این پژوهش‌گران، پژوهش‌های‌شان را با زمان ورود فوران‌های پرتوی گاما² (GRB)، هم‌زمان‌سازی می‌کنند. این فوران‌ها به همان روی‌دادهای نجومی‌ای که تصور می‌شود امواج گرانشی را ساطع می‌کنند، وابسته‌اند. داده‌های GRB، توسط شبکه‌ی میان‌سیاره‌ای³ متشکل از ماه‌واره‌ها و دیگر فضاپیماها تهیه شده است.

این دو تیم از سال 2005، پنج سال صرف بررسی فوران‌های پرتوی گامای 508 کردند که تا کنون گسترده‌ترین پژوهش مبتنی بر GRB بوده است و از دوبرابر بهبود در آمارِ سیگنال نسبت به بررسی‌های پیشین برخوردار بوده است. ولی در محدوده‌ی حساسیت آشکارسازهای‌شان، هیچ موج گرانشی‌ای مشاهده نکردند. طبق داده‌های ایشان، چشمه‌های GRB مشاهده‌شده، برای تولید موج گرانشی آشکارپذیر، بیش-از-حد دور بوده‌اند. اما تحلیل یافته‌های‌شان، جایی برای امید باقی می‌گذارد: برای چشمه‌های موج گرانشی در فاصله‌های مشابه، بهسازی‌های برنامه‌ریزی‌شده‌ برای آشکارسازهای LIGO و Virgo، با شروع به داده‌گیری مشترک در سال 2015، به پژوهشگران شانسی برای کشف این امواج گریزان خواهد داد.

¹ the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)

² Gamma-Ray Burst (GRB)

³ the InterPlanetary Network (IPN)

منبع:

Synopsis: Gamma-Ray Bursts Guide Search for Gravitational Waves

مرجع:

Search for Gravitational Waves Associated with γ-ray Bursts Detected by the Interplanetary Network

J. Aasi et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and IPN Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 113, 011102 (2014)

Published June 30, 2014