LISA: ناسا توضح كيف يمكن لموجات الجاذبية أن تكشف كواكب خارجية حول أزواج الأقزام البيضاء، مع تأكيد من ويب

قد يترك كوكب يدور حول نجمين ميتين أثره لا في الضوء، بل في موجات الجاذبية، وهي أخفت التموجات في الزمكان التي تحدثها الأجرام المتحركة في مدارات. هذا ما تُظهره دراستان أعدّهما فلكيون في ناسا، نُشرتا يوم الثلاثاء 10 نوفمبر في المجلة الفلكية (The Astrophysical Journal). وتصفان كيف يمكن لمرصد LISA (هوائي الليزر التداخلي الفضائي)، الذي لا يزال قيد التطوير، أن يكشف مجموعة جديدة من الكواكب الخارجية في مجرتنا. وقد نشرت ناسا الإعلان على موقعها.

الدراسة الأولى من إعداد كيسي ماكغراث وحده، بمنصب ما بعد الدكتوراه في جامعة ماريلاند في مقاطعة بالتيمور (UMBC) ومركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، وتدرس الطريقة وتحدد الكتل الكوكبية والفترات المدارية التي تعمل بها بأفضل صورة. أما الثانية فتبحث كيف يمكن تأكيد هذه الكواكب بتلسكوب جيمس ويب الفضائي. وكان الفلكي الياباني ناوكي سيتو قد اقترح الفكرة لأول مرة عام 2008.

مصدر الإشارة سيكون الأقزام البيضاء المزدوجة، أي أزواجًا من الأقزام البيضاء، وهي بقايا كثيفة لنجوم شبيهة بالشمس، بحجم الأرض تقريبًا، تدور في مدار شديد الضيق. «إذا وُجد أيضًا كوكب خارجي في النظام، فإن وجوده يُطبع في الإشارة الثقالية بطريقة سنتمكن من اكتشافها»، كما يوضّح ماكغراث. وقد عُثر على كواكب خارجية حول بعض الأقزام البيضاء المفردة، لكن لم يُعثر عليها حول زوج منها، لذلك ستكون عمليات الرصد عبر LISA مجموعة جديدة مميزة.

يشبه المبدأ طريقة السرعة الشعاعية، التي تُستخدم بالفعل مع الضوء لرصد الكواكب حول النجوم القريبة: فالكوكب تجذب جاذبيته النجم فيتذبذب، فتنزاح خطوطه الطيفية بفعل تأثير دوبلر. وبحسب سكوت نوبل من غودارد، «يحدث شيء مشابه مع موجات الجاذبية». يصدر الزوج من الأقزام البيضاء ترددًا شبه ثابت، لكن الكوكب ذا الكتلة الكافية يحرّكه ويضيف تعديلًا دوبلريًا، يظهر في LISA على شكل نطاقات جانبية، أي إشارات ثانوية بترددات أعلى وأدنى. ويشبّه ماكغراث ذلك بالموجة الحاملة في الراديو، حيث تحمل النطاقات الجانبية الصوت أو الموسيقى، وهنا تحمل علامة وجود الكوكب.

يُقدَّر وجود 10 ملايين زوج من الأقزام البيضاء المزدوجة بفترات مدارية أقل من ساعة في درب التبانة. ويُتوقع أن يرصد LISA نحو 10,000 زوج منها، إلى جانب نحو 100 زوج مختلط مع أقزام بيضاء أو نجوم نيوترونية أو ثقوب سوداء. وللتأكيد، يستخدم الفريق الأشعة تحت الحمراء لتلسكوب ويب: فالكوكب في مثل هذا النظام يضيف ضوءًا تحت أحمر يتجاوز ما تعطيه النجوم نفسها، وتستطيع أجهزة ويب رصد هذه الزيادة في الأشعة تحت الحمراء على مسافة لا تقل عن 500 سنة ضوئية. ففي نظام تجريبي على هذه المسافة، سيرصد ويب كوكبًا أثقل من المشتري بنحو خمس مرات، بينما يستطيع LISA في الظروف المثالية رصد كوكب أصغر من المشتري. وكما توضح ماري آن ليمباخ من جامعة ميشيغان، فإن الرصد المشترك سيُظهر أن الإشارات كواكب حقيقية وليست مؤشرات كاذبة.

سيتكون LISA من ثلاث مركبات فضائية تتبع الأرض في مدارها حول الشمس، في شكل مثلث بأضلاع يبلغ طول كل منها 2.5 مليون كيلومتر (1.6 مليون ميل). ولكل مركبة تلسكوبان يرسلان ويستقبلان أشعة ليزر تحت الحمراء، وستقيس تغيرات في المسافات أصغر من قطر ذرة الهيليوم، وهذه هي إشارة موجات الجاذبية. وتقود الوكالة الأوروبية للفضاء (ESA) المهمة، مع إطلاق متوقع في منتصف الثلاثينيات من هذا القرن، وتساهم ناسا بالتلسكوبات والليزر وأجهزة إدارة الشحنة الكهربائية لكتل الاختبار، إضافة إلى تحليل البيانات والدعم العلمي والهندسي.

تنبأت النسبية العامة لأينشتاين بموجات الجاذبية عام 1916، ورُصدت لأول مرة بمراصد أرضية عام 2015.