في 11 فبراير 2016 ، أعلن العلماء في مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) عن الكشف الأول عن موجات الجاذبية. هذا التطور ، الذي أكد تنبّؤًا بنظرية آينشتاين للنسبية العامة منذ قرن مضى ، فتح آفاقًا جديدة للبحث لعلماء الكون وعلماء الفلك. ومنذ ذلك الوقت ، تم إجراء المزيد من الاكتشافات ، قيل أنها كلها نتيجة لدمج الثقوب السوداء.
ومع ذلك ، وفقًا لفريق من علماء الفلك من غلاسكو وأريزونا ، لا يجب على الفلكيين أن يقتصروا على اكتشاف الموجات التي تسببها عمليات اندماج الجاذبية الضخمة. وفقًا لدراسة أنتجتها مؤخرًا ، يمكن لشبكة كاشفات موجات الجاذبية المتقدمة LIGO و GEO 600 أيضًا اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن المستعر الأعظم. وبذلك ، سيتمكن الفلكيون من رؤية قلوب النجوم المنهارة لأول مرة.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "الاستدلال على آلية انفجار المستعر الأعظم الأساسية من خلال محاكاة ثلاثية الأبعاد لمحاكاة الجاذبية" على الإنترنت. بقيادة الفريق Jade Powell ، الذي أنهى مؤخرًا درجة الدكتوراه في معهد أبحاث الجاذبية في جامعة غلاسكو ، يجادل الفريق بأن تجارب الموجات التثاقلية الحالية يجب أن تكون قادرة على اكتشاف الموجات التي أنشأتها Core Collapse Supernovae (CSNe).
تُعرف CCSNe ، التي تُعرف باسم المستعرات الأعظمية من النوع الثاني ، بما يحدث عندما يصل النجم الضخم إلى نهاية عمره ويواجه الانهيار السريع. يؤدي هذا إلى انفجار ضخم ينفخ الطبقات الخارجية للنجم ، تاركًا وراءه نجمًا نيوترونيًا متبقيًا قد يصبح في النهاية ثقبًا أسود. لكي يمر النجم بهذا الانهيار ، يجب أن تكون كتلة الشمس 8 مرات على الأقل (ولكن ليس أكثر من 40 إلى 50 مرة).
عندما تحدث هذه الأنواع من المستعرات الأعظمية ، يُعتقد أن النيوترينوات المنتجة في القلب تنقل طاقة الجاذبية الصادرة عن الانهيار الأساسي إلى المناطق الخارجية الأكثر برودة للنجم. تعتقد الدكتورة باول وزملاؤها أن طاقة الجاذبية هذه يمكن اكتشافها باستخدام الأدوات الحالية والمستقبلية. كما شرحوا في دراستهم:
"على الرغم من أنه لم يتم الكشف عن أي CCSNe حاليًا بواسطة كاشفات موجات الجاذبية ، إلا أن الدراسات السابقة تشير إلى أن شبكة كاشف متقدمة قد تكون حساسة لهذه المصادر خارج سحابة Magellanic الكبيرة (LMC). سيكون CCSN مصدرًا مثاليًا متعدد الرسائل لـ aLIGO و AdV ، حيث من المتوقع أن يكون النوترين والنظائر الكهرومغناطيسية للإشارة. تنبعث موجات الجاذبية من أعماق قلب CCSNe ، مما قد يسمح بقياس المعلمات الفيزيائية الفلكية ، مثل معادلة الحالة (EOS) ، من إعادة بناء إشارة موجة الجاذبية.
تحدد الدكتورة باول وهي أيضًا إجراءً في دراستهم يمكن تنفيذه باستخدام مستخلص أدلة نموذج سوبرنوفا (SMEE). ثم أجرى الفريق عمليات محاكاة باستخدام أحدث النماذج ثلاثية الأبعاد من المستعرات الأعظمية المنهارة لموجة الجاذبية لتحديد ما إذا كان يمكن التخلص من ضوضاء الخلفية والكشف المناسب عن إشارات CCSNe.
كما شرح الدكتور باول لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"إن مستخرج أدلة نموذج المستعر الأعظم (SMEE) هو خوارزمية نستخدمها لتحديد كيفية حصول المستعرات الأعظمية على الكمية الضخمة من الطاقة التي تحتاجها للانفجار. ويستخدم إحصاءات بايزي للتمييز بين نماذج الانفجار المحتملة المختلفة. النموذج الأول الذي نعتبره في الورقة هو أن طاقة الانفجار تأتي من النيوترينوات المنبعثة من النجم. في النموذج الثاني ، تأتي طاقة الانفجار من الدوران السريع والمجالات المغناطيسية القوية للغاية. "
من هذا ، استنتج الفريق أنه في شبكة من ثلاثة كاشفات ، يمكن للباحثين تحديد ميكانيكا الانفجار بشكل صحيح للمستعرات الأعظمية سريعة الدوران ، اعتمادًا على بعدهم. على مسافة 10 كيلوبارسيك (32،615 سنة ضوئية) سيكون بمقدورهم اكتشاف إشارات CCSNe بدقة 100٪ ، وإشارات عند 2 كيلوبارسيك (6523 سنة ضوئية) بدقة 95٪.
وبعبارة أخرى ، إذا حدثت حالة مستعر أعظم في المجرة المحلية ومتى حدث ذلك ، فإن الشبكة العالمية التي شكلتها أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية المتقدمة LIGO و Virgo و GEO 600 ستحظى بفرصة ممتازة لالتقاطها. وسيسمح اكتشاف هذه الإشارات أيضًا ببعض العلوم الرائدة ، مما يمكّن العلماء من "رؤية" داخل النجوم المتفجرة للمرة الأولى. كما أوضح الدكتور باول:
"تنبعث موجات الجاذبية من أعماق قلب النجم حيث لا يمكن للإشعاع الكهرومغناطيسي الهروب. هذا يسمح لكشف موجة الجاذبية بإخبارنا بمعلومات حول آلية الانفجار التي لا يمكن تحديدها باستخدام طرق أخرى. قد نتمكن أيضًا من تحديد معلمات أخرى مثل سرعة دوران النجم. "
الدكتورة باول ، بعد أن أكملت مؤخرًا العمل على درجة الدكتوراه ، ستتخذ أيضًا منصبًا بعد الدكتوراه مع مركز RC للتميز في اكتشاف الموجات الجاذبية (OzGrav) ، برنامج الموجة التثاقلية الذي استضافته جامعة Swinburne في أستراليا. في هذه الأثناء ، ستجري هي وزملاؤها باحثين مستهدفين عن المستعرات الأعظمية التي حدثت خلال أول وثاني ثوانٍ من عمليات مراقبة الكاشف المتقدمة.
على الرغم من عدم وجود ضمانات في هذه المرحلة أنهم سيجدون الإشارات المطلوبة التي تدل على أن المستعرات الأعظمية قابلة للكشف ، فإن الفريق لديه آمال كبيرة. وبالنظر إلى الإمكانيات التي يحملها هذا البحث للفيزياء الفلكية وعلم الفلك ، فهما بالكاد وحدهما!
