ECO signatures from the Weyl-induced gravitational waveform injection

تُعد الجاذبية، كما نفهمها، هي القوة الخفية التي تشكل الكون، حيث تُبقي الكواكب في مداراتها وتثني مسار الضوء. ولأكثر من قرن، كانت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين هي أفضل خريطة لنا لهذه القوة، حيث وصفت الجاذبية لا كقوة سحب، بل كانحناء في نسيج الزمكان نفسه. وفي عام 2015، تمكن العلماء أخيراً من رصد لمحة من هذا الانحناء أثناء العمل عندما اكتشفوا تموجات في الزمكان تسمى الموجات الثقالية، نتجت عن الاصطدام العنيف لثقبين أسودين. فتح هذا الاكتشاف نافذة جديدة على الكون، مما سمح لنا بـ "سماع" أحداث غير مرئية للتلسكوبات. ومع ذلك، بينما أكدنا وجود الثقوب السوداء، فإننا لا نعرف على وجه اليقين ما الذي يكمن في قلب أكثر الأجسام تطرفاً في الكون. تشير بعض النظريات إلى أنه بدلاً من وجود ثقب أسود ذي كثافة لانهائية مخفية خلف أفق، قد تكون هناك أجسام أخرى أكثر غرابة مكونة من مادة غريبة، مثل نجوم البوزون أو نجوم الكوارك. هذه الأجسام الافتراضية، المعروفة باسم الأجسام المدمجة الغريبة، ستتصرف بشكل مختلف تحت الضغط الشديد لجاذبيتها الخاصة، مما قد يترك بصمة فريدة على الموجات الثقالية التي تنبعث منها.

لقد أخذ فريق من الباحثين في البرازيل نظرة جديدة على كيفية سلوك هذه الأجسام الغريبة باستخدام وصف رياضي محدد للفضاء يُعرف بمترية "ويل" (Weyl metric). يسمح هذا الإطار للفيزيائيين بنمذجة مجالات الجاذبية الساكنة وغير الدوارة بطريقة تختلف عن نماذج الثقوب السوداء القياسية. بدأ الباحثون بحل مجموعة من المعادلات المعقدة لإيجال أشكال جديدة ومستقرة لمجال الجفعلية. واكتشفوا أنه من خلال ضبط بعض الثوابت في معادلاتهم، استطاعوا إنشاء نموذج حيث تكون "التفردية" (singularity) — وهي نقطة تصبح فيها الجاذبية قوية بشكل لانهائي — مخفية خلف أفق، تماماً مثل الثقب الأسود، أو مكشوفة. ووجدوا أن تكويناً محدداً لهذه الثوابت أنتج زمكاناً يبدو منطقياً من الناحية الفيزيائية، مما يدعم فكرة وجود جسم مدمج مستقر يمكنه الوجود في كوننا دون أن يتمزق.

ومع امتلاك هذا النموذج الجديد للزمكان، قام الفريق بمحاكاة ما سيحدث إذا تذبذب نجم مصنوع من سائل مثالي، أو نبض، داخل هذه البيئة المنحنية. وخلافاً لاندماج الثقوب السوداء، الذي ينتج نبضات موجية سريعة وحادة، فإن النجم المتذبذب سيولد إشارة معدلة، أو متذبذبة، بفعل الهندسة الفريدة للمساحة المحيطة به. استخدم الباحثون أكواد حاسوبية قوية لحل المعادلات التي تحكم هذه الموجات، معتبرين النجم مصدراً للطاقة يرسل تموجات عبر الزمكان المشوه. ووجدوا أن انحناء الفضاء نفسه عمل كعدسة، حيث حبس بعض الموجات وخلق إشارة ذات مكونات أولية متميزة. هذه العملية أدت فعلياً إلى "طبع" شكل الزمكان على الموجة الثقالية، مما خلق بصمة تختلف عما تنتجه عمليات اندماج الثقوب السوداء القياسية.

ولرؤية ما إذا كان من الممكن العثور على هذه الإشارة النظرية في العالم الحقيقي، قام الفريق بحقن موجتهم المحاكات في بيانات فعلية سجلها مرصد "ليغو" (LIGO) لموجات الجاذبية، وبالتحديد بالتركيز على البيانات المستمدة من الحدث التاريخي المعروف باسم GW150914. فعلوا ذلك لاختبار مدى قابلية اكتشاف نموذجهم من خلال مقارنة الإشارة المحقونة عبر الكواشف في هانفورد بواشنطن، وليفينغستون بلويزيانا. وأظهرت النتائج أن نموذجهم الغريب أنتج إشارة قابلة للاكتشاف بالكاد، حيث كانت تحوم عند حافة حساسية المرصد. ظهرت الإشارة كسلسلة من القمم ذات إيقاع محدد، مما يشير إلى مدة أطول من اندماج الثقب الأسود التقليدي ولكنها تتوافق مع سلوك جسم مدمج غريب.

استخدم الباحثون بعد ذلك أدوات إحصائية لمقارنة مدى ملاءمة نموذجهم القائم على "ويل" للبيانات مقارنة بنظريات أخرى، مثل تلك المتعلقة بنجوم البوزون أو نجوم الكوارك. وأشار التحليل إلى أن البيانات لم تدعم بقوة نوعاً معيناً من الأجسام الغريبة على حساب آخر، لكنها أظهرت أن نموذج "ويل" كان مرشحاً قابلاً للتطبيق. كانت قوة الإشارة التي وجدوها، والتي قيست بنسبة إشارة إلى الضجيج تبلغ حوالي 9.2، عالية بما يكفي لاعتبارها اكتشافاً حقيقياً ولكنها منخفضة بما يكفي ليتم تجاهلها أو اعتبارها ضجيجاً بسهولة. وهذا يشير إلى أنه إذا وجد مثل هذا الجسم وأنتج إشارة مثل التي صمموها، فستكون بمثابة همس خافت وطويل الأمد بدلاً من صرخة مدوية. وتخلص الدراسة إلى أنه على الرغم من أن الأدلة ليست حاسمة بعد، فإن الهندسة الفريدة لمترية "ويل" توفر إطاراً مرناً وواعداً لوصف هذه الأجسام الغامضة التي لا تملك أفقاً، وأن الكواشف المستقبلية الأكثر حساسية قد تتمكن يوماً ما من التقاط الصدى الواضح لمثل هذا الحدث.