استخدم العلماء أعلى إشارة لموجة الجاذبية تم تسجيلها على الإطلاق لوضع نظرية ألبرت أينشتاين للجاذبية، التي مضى عليها أكثر من 100 عام، في أصعب اختبار لها حتى الآن، وقد نجحت مرة أخرى.

جاءت الإشارة، المسماة GW250114، من اندماج اثنين الثقوب السوداء – تبلغ كتلة كل منها حوالي 30 مرة كتلة الشمس – وتبعد حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية عن الأرض. تسبب هذا الحدث في حدوث تموجات عبر الزمكان، تسمى موجات الجاذبية، والتي غمرت الأرض في 14 يناير 2025، وتم اكتشافها بواسطة مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ومقره الولايات المتحدة.

ويقول العلماء إن الحدث يشبه إلى حد كبير الحدث الذي أدى إلى أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية في عام 2015. ويشير ذلك إلى أن الثقوب السوداء في كلا الاندماجين كانت متشابهة في الحجم والبعد عن الأرض.

ومع ذلك، تم تسجيل هذه الإشارة الجديدة بدرجة وضوح تبلغ ثلاثة أضعاف ذلك الاكتشاف الرائد في عام 2015، مما سمح للعلماء باختبار نظرية أينشتاين العامة. النسبية بشكل أكثر صرامة من أي وقت مضى.

“من الواضح جدًا أنه كان الحدث الأعلى صوتًا” كيفي ميتمانوقال باحث ما بعد الدكتوراه في مركز كورنيل للفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب والمؤلف المشارك للورقة الجديدة، لموقع Live Science. “لقد قدم هذا الحدث معلومات أكثر من كل ما رأيناه من قبل فيما يتعلق ببعض اختبارات النسبية العامة.”

وقال ميتمان إن الوضوح الاستثنائي للإشارة ينبع من عقد من التحسينات المستمرة لأجهزة الكشف. أدت هذه التحسينات إلى تقليل الضوضاء الصادرة عن المصادر التي كانت تتداخل في السابق مع الإشارات الكونية، بما في ذلك الاهتزازات الزلزالية وحتى الشاحنات المارة. ونتيجة لذلك، كانت أجهزة الكشف حساسة بما فيه الكفاية للتشوهات الضئيلة في الزمكان – التغييرات بمقدار 700 تريليون مرة أصغر من عرض شعرة الإنسان – الناجمة عن اندماج الثقب الأسود الذي تم اكتشافه مؤخرًا.

تم تفصيل النتائج في دراسة نشرت في 29 يناير في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

“حلقة” الثقب الأسود

ولأن الإشارة المكتشفة مؤخرًا كانت واضحة للغاية، تمكن ميتمان وزملاؤه من تكبير مرحلة عابرة بعد الاندماج المعروف باسم “Ringdown”. خلال هذه المرحلة، يهتز الثقب الأسود المتشكل حديثًا لفترة وجيزة – يشبه إلى حد كبير الجرس المقرع – باعثًا موجات جاذبية بأنماط مميزة، أو “نغمات”، تشفر الخصائص الرئيسية للثقب الأسود، بما في ذلك كتلته ودورانه.

وفي GW250114، اكتشف الباحثون النغمتين الأساسيتين المتوقعتين لمثل هذا الاندماج. أنتجت كل نغمة قياسًا مستقلاً لكتلة الثقب الأسود ودورانه، وكلاهما متطابقان، وتم التحقق منهما بشكل فعال النسبية العامة، حسبما أفاد الفريق في الدراسة.

ولأول مرة، حدد العلماء أيضًا بثقة “نغمة” أكثر دقة وقصيرة العمر تظهر مباشرة في بداية الرنين – وهي سمة أخرى تنبأت بها النسبية العامة منذ فترة طويلة.

وقال ميتمان لموقع Live Science: “لقد أوضح هذا الحدث بشكل واضح جدًا أن تنبؤ النسبية العامة كان موجودًا في الإشارة، وهو ما كان مثيرًا حقًا”.

وأضاف في أ إفادة“كان علينا أن نقوم بالكثير من العمل كفيزيائيين لمحاولة شرح ما يحدث وما هي النظرية الحقيقية للجاذبية في عالمنا.”

التحليلات السابقة لنفس الحدث، نُشر في سبتمبر 2025أكد تنبؤًا رئيسيًا آخر متجذرًا في النسبية العامة اقترحه ستيفن هوكينج منذ أكثر من 50 عامًا. تنبأ هوكينج بأن مساحة سطح الثقب الأسود تعادل حجمه أفق الحدث – لا يمكن أن يتقلص أبدًا، على الرغم من هروب كميات هائلة من الطاقة أثناء الاندماج على شكل موجات جاذبية.

في GW250114، قدر العلماء أن الثقبين الأسودين الأصليين لهما مساحة سطحية مجتمعة تبلغ حوالي 93000 ميل مربع (240000 كيلومتر مربع) – تقريبًا بحجم ولاية أوريغون. بعد الاندماج، بلغت مساحة سطح الثقب الأسود الناتج حوالي 155000 ميل مربع (400000 كيلومتر مربع) – أقرب إلى حجم كاليفورنيا – وهو ما يتوافق مع توقعات هوكينج.

العصر الذهبي

على الرغم من النجاح المتكرر للنسبية العامة في وصف الظواهر الكونية واسعة النطاق، إلا أن الفيزيائيين يشككون في هذه النظرية لا يمكن أن يكون الوصف الكامل الجاذبية في عالمنا. على سبيل المثال، لا يمكنه تفسير المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة،وهي ضرورية لربط المجرات ومجموعاتها معًا ولتفسير توسع الكون المتسارع، على التوالي. كما أنها لا تتصالح بشكل نظيف مع ميكانيكا الكم، الإطار الذي يحكم الطبيعة على أصغر المقاييس.

ويأمل العلماء أن تظهر موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء النشطة يومًا ما انحرافات دقيقة عن تنبؤات أينشتاين، مما قد يكشف عن فيزياء جديدة.

وقال ميتمان إن مرحلة الرنين واعدة بشكل خاص لمثل هذه الاختبارات. تتنبأ العديد من نظريات “ما بعد أينشتاين” بأنماط اهتزاز مختلفة قليلًا خلال مرحلة خفض الرنين، لذا فإن قياس أكثر من نغمة واحدة، كما فعل فريقه مع GW250114، يمكن أن يساعد العلماء على وضع قيود على أي انحرافات محتملة عن النسبية العامة.

إذا تم العثور على تناقض، يمكن للباحثين مقارنة البيانات مع التنبؤات من نظريات الجاذبية البديلة لتحديد أي منها يطابق الواقع، إن وجد.

وقال ميتمان في البيان: “يجب أن تكون هناك طريقة ما لحل هذه المفارقة لجعل نظريتنا في الجاذبية متوافقة مع نظريتنا في ميكانيكا الكم”.

ستكون أجهزة الكشف من الجيل التالي، بما في ذلك تلسكوب أينشتاين المقترح في أوروبا والمستكشف الكوني ومقره الولايات المتحدة، أكثر حساسية بعشر مرات من المرافق الحالية. بالإضافة إلى اكتشاف المزيد من الأحداث مثل GW250114، ستكون هذه الكواشف قادرة على مراقبة موجات الجاذبية ذات التردد المنخفض، والتي تتوافق مع الثقوب السوداء الأكثر ضخامة، مما يسمح للعلماء بسبر فئات جديدة تمامًا من هذه العمالقة الكونية.

ويتطلع الباحثون أيضًا إلى هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي الأوروبي (LISA)، والذي من المتوقع أن يرصد موجات الجاذبية الصادرة عن الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات. ومن المقرر إطلاقه في عام 2035، ومن المتوقع أن تكتشف LISA طوفانًا من الأحداث وقال ميتمان إنه يمكن أن يكشف عن العشرات من النغمات المميزة في حدث اندماج ثقب أسود واحد.

وقال ميتمان: “نحن نعيش في نظام لا نملك فيه ما يكفي من البيانات، ونحن نعبث بإبهامنا في انتظار وصول المزيد من البيانات”. “بمجرد اتصال LISA بالإنترنت، سنشعر بالإرهاق.”

وأضاف أنه إذا استمر تمويل علم موجات الجاذبية، “سنرى المزيد والمزيد من هذه الأحداث الذهبية وسنبدأ حقًا في تعلم أشياء رائعة حول طبيعة الجاذبية في عالمنا”.

---

مسابقة ألبرت أينشتاين: ماذا تعرف عن حياة عالم الفيزياء النظرية الشهير؟

إقرأ المزيد