أجهزة استشعار جديدة تفتح النوافذ على الترددات المنخفضة للموجات الثقالية ⚡ экспресс
تحد الضوضاء الزلزالية وضوضاء المستشعرات القصورية من حساسية كواشف الموجات الثقالية الأرضية عند ترددات أقل من 20 هرتز. تم اقتراح تقنيات تفريغ فائق العلو للعزل القصوري ومستشعرات موضع ليزرية توفر تثبيتًا نشطًا للمنصة حتى 10 مللي هرتز. تبلغ حساسية المستشعرات الليزرية 10⁻¹² متر/جذر هرتز (لا تعتمد على الاستقطاب)، وهي أفضل بـ 100 مرة من مستشعرات LIGO الحالية، بينما تتفوق المستشعرات القصورية على أجهزة قياس الزلازل التجارية بما لا يقل عن 5 مرات. تتنبأ النمذجة على منشأة من نوع LIGO بتحسن في الحساسية منخفضة التردد يصل إلى مرتبة أسية عند 10 هرتز، وزيادة أفق اكتشاف الأنظمة الثنائية للثقوب السوداء متوسطة الكتلة (10³ كتلة شمسية) بثلاثة أمثال. يُعد هذا أول تأكيد تجريبي لإمكانية عمل الكواشف الأرضية عند ترددات أقل من 10 هرتز، وأساسًا لمراصد الجيل التالي (Cosmic Explorer، وEinstein Telescope).
كان ألبرت أينشتاين قد تنبأ بـ الموجات الثقالية — اهتزازات نسيج الزمكان نفسه. واليوم تلتقطها منشآت عملاقة مثل LIGO التي أُنشئت بفضل أعمال راينر فايس وكيب ثورن. لكنها جميعًا تعاني من ضعف السمع عند النغمات المنخفضة: فعند ترددات أقل من 20 اهتزازة في الثانية، تطغى اهتزازات الأرض — من أمواج المحيط والقطارات وحتى خطوات البشر — على الإشارة، كما يطغى ضجيج أوركسترا على همسة خافتة.
يكمن الحل في نظامٍ يكتم الاهتزازات تمامًا كما تفعل السماعات النشطة العازلة للضوضاء، حيث يُخمد التشويش حتى تردد 0.01 هرتز (10 ملّي هرتز). ومع مستشعرات حركة أدق بخمس مرات من العادية، يحقق ذلك تحسنًا بعشرة أضعاف عند تردد 10 هرتز. وهكذا نتمكن من سماع النغمات الباسّة للكون — اندماجات ثقوب سوداء متوسطة الكتلة، أثقل بآلاف المرات من الشمس.
هذه القفزة الهائلة لا تضاعف نصف قطر البحث ثلاث مرات فحسب (ما يعادل زيادة في الحجم بنحو 30 ضعفًا)، بل قد تُظهر أيضًا ما إذا كانت الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات تنمو من مثل هذه «البذور».
🎯 الموجات الثقالية منخفضة التردد هي الرسول الوحيد من الثقوب السوداء التي تتراوح كتلها بين مئات ومئات الآلاف من كتلة الشمس؛ هذه «الحلقة الوسطى الذهبية» كانت مختبئة عن جميع التلسكوبات.
🎬 كما في فيلم «Interstellar»: شعرت الأجهزة باهتزاز الفضاء بفعل الثقوب السوداء البعيدة. أما الآن فنحن نسمع هذا الاهتزاز بوضوح لا يُصدق.