باریخ نیوز : به زودی یک ابزار جدید موسوم به کاوشگر کیهانی(Cosmic Explorer) می‌تواند به گیج‌کننده‌ترین سؤالات کیهان‌شناسی در دوران آغازین جهان هستی پاسخ دهد.
مؤسسه فناوری ماساچوست اخیراً از برنامه‌های خود برای ساخت نسل بعدی آشکارساز امواج گرانشی پرده‌برداری کرده است که هدف آن کشف امواج در فضا-زمان از کیهان آغازین است.
این موسسه اعلام کرده است که این آشکارساز، تشخیص موج‌هایی از منابع امواج گرانشی مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را هر چند روز یک بار در دستور کار خواهد داشت.
پژوهشگران می‌گویند، به منظور پیاده‌سازی این دستگاه، آشکارسازهای رصدخانه گسترش می‌یابند تا وسعتی به اندازه یک شهر کوچک را پوشش دهند.
بزرگتر از LIGO
در بیانیه این موسسه آمده است که این پروژه بر طراحی و ساخت یک رصدخانه امواج گرانشی مهم‌تر و حساس‌تر تمرکز دارد و هدف آن جایگزینی با رصدخانه‌های موجود مانند رصدخانه امواج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری(LIGO) است.
رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری که به اختصار لیگو(LIGO) نیز نامیده می‌شود، یک آزمایش بزرگ فیزیکی با هدف آشکارسازی مستقیم امواج گرانشی است که در سال ۱۹۹۲ به صورت مشترک توسط کیپ تورن و رونالد درور از مؤسسه فناوری کالیفرنیا و رینر وایس از مؤسسه فناوری ماساچوست بنا شد. لیگو پروژه مشترکی بین دانشمندان این دو موسسه و بسیاری دانشگاه‌ها و دانشکده‌های دیگر است و پشتیبان مالی آن بنیاد ملی علوم آمریکاست.
همانطور که گفته شد موسسه فناوری ماساچوست و موسسه فناوری کالیفرنیا از ابتدا با هم LIGO را اداره می‌کرده‌اند. حرف L در نام این رصدخانه همزمان با نمایش L شکل بودن آن، نماینده گوش دادن(Listen) است و این را تداعی می‌کند که این ابزار در واقع با استفاده از دو لیزر که پرتوهای متمرکز نور هستند به امواج کیهانی گوش می‌دهد.
تفاوت در زمان رسیدن پرتوها می‌تواند نشان دهنده عبور موج گرانشی از آشکارساز L شکل باشد. دو آشکارساز LIGO در مکان‌های مختلفی در ایالات متحده قرار گرفته‌اند. آشکارسازهای Virgo در ایتالیا و KAGRA در ژاپن نیز مجموعه دیگری از این حسگرها هستند که تاکنون ساخته شده‌اند.
متیو ایوانز، مدیر اجرایی کاوشگر کیهانی و استاد فیزیک MIT، تفاوت آشکارساز MIT و LIGO را ذکر کرد و اظهار داشت که کاوشگر کیهانی به نوعی یک LIGO غول پیکر است.
وی می‌گوید: آشکارسازهای LIGO در هر بازو چهار کیلومتر طول دارند، در حالی که طول کاوشگر کیهانی در یک طرف ۴۰ کیلومتر خواهد بود، بنابراین ۱۰ برابر بزرگتر از LIGO است. سیگنالی که از یک موج گرانشی دریافت می‌کنیم اساساً با اندازه آشکارساز ما متناسب است و به همین دلیل است که همه چیز خیلی بزرگ ساخته شده است.
وی افزود: بزرگتر بهتر است، البته حد دارد. در برخی موارد، طول آشکارساز را با طول موج امواج گرانشی ورودی مطابقت داده‌اید و سپس اگر به بزرگتر کردن آن ادامه دهید، بازدهی واقعاً کاهشی می‌شود.
وی ادامه داد: از نظر بازده علمی، همچنین یافتن مکان‌هایی برای ساخت این آشکارساز سخت است. وقتی آشکارساز شما خیلی بزرگ می‌شود، انحنای زمین مشکل‌ساز می‌شود، زیرا پرتوی لیزر آشکارساز باید در یک خط مستقیم حرکت کند. وقتی یک آشکارساز آنقدر بزرگ است که انحنای زمین برای آن مشکل ایجاد می‌کند، استقرار و عملکرد آشکارساز کمتر امکان‌پذیر است.
آشکارساز نسل جدید برای ردیابی میلیاردها سال پیش
موسسه فناوری ماساچوست نسخه‌های اولیه الگوریتم‌هایی را توسعه داده است که برای جستجوی مکان‌های بالقوه در غرب ایالات متحده طراحی شده‌اند. آنها همچنین قصد دارند این پروژه تا اواسط دهه ۲۰۳۰ نسل جدید آشکارسازها را جایگزین رصدخانه‌هایی نظیر LIGO می‌کند.
هدف پژوهشگران رصد منابعی مانند سیاه‌چاله‌ها و برخورد ستارگان نوترونی است که بسیار دور هستند و در واقع آنها به دنبال میلیاردها سال پیش هستند. این در حالی است که LIGO تنها می‌تواند تا ۱.۵ میلیارد سال پیش را ردیابی کند.
ایوانز می‌گوید: عملکرد LIGO به نظر خوب است، اما در مقایسه با عمر کیهان که حدود ۱۳ تا ۱۴ میلیارد سال سن دارد، چندان خوب نیست. این بدان معناست که ما مراحل مهمی را در تاریخ کیهان از دست داده‌ایم که یکی از آنها «ظهر کیهانی» است، جایی که بیشتر ستارگان جهان در آن شکل گرفته‌اند.
حدود سه میلیارد سال پس از تولد کیهان، دسترسی به منابع آن دوران می‌تواند بینش‌های ارزشمندی را در مورد شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی ارائه دهد و منشأ آنها را در منظومه‌های ستاره‌ای روشن کند.
ایوانز امیدوار است با «کاوشگر کیهانی» به زمانی که کیهان تنها یک میلیارد سال از عمرش می‌گذشت، در دوران یونیزه شدن مجدد، زمانی که اتم‌ها یونیزه شدند و کهکشان‌ها شروع به شکل‌گیری کردند، نگاهی اجمالی به جهان بیاندازد.
او معتقد است که کاوشگر کیهانی نسبت به تشخیص ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی تا فواصل دور و دورتر حساس است.
تحقیقات بالقوه
این رصدخانه همچنین می‌تواند نظریه نسبیت اینشتین را آزمایش کند. این نظریه اگرچه با عدم قطعیت‌های قابل توجهی همراه است، اما هنوز می‌توان آن را به طور دقیق با کاوشگر کیهانی سنجید.
ایوانز می‌گوید: در نهایت، هرچه منابع بیشتری داشته باشید، بسیاری از اندازه‌گیری‌ها بهتر می‌شوند. ما فکر می‌کنیم که کاوشگر کیهانی می‌تواند صدها هزار سیاه‌چاله دوتایی و همچنین تا یک میلیون ستاره نوترونی را در هر سال شناسایی کند.
پژوهشگران MIT قصد دارند در سه سال آینده یک طراحی جامع را نهایی کنند که شامل یکپارچه سازی یک سیستم خلاء و توسعه یک طرح معماری و زیرساختی قوی است.
آنها با همکاری ماموریت فضایی LISA که توسط آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ اینشتین در اروپا اداره می‌شود، کار می‌کنند.
ایوانز می‌گوید: همه این گروه‌ها به جای رقیب، همکاران ما هستند که ما می‌خواهیم با آنها کار کنیم. در این زمینه، با همکاری با یکدیگر به جلوتر می‌روید. این یک نوع تلاش جهانی برای ساخت این آشکارسازهای امواج گرانشی نسل بعدی و یک علم مشترک جهانی است.
منبع : ایسنا
