تعطي الأحداث الكونية نظرة ثاقبة على الخصائص الأساسية للمادة. يمكن أن توفر قياسات موجات الجاذبية لنجمين نيوترونيين مدمجين إجابات على بعض الأسئلة الأساسية حول بنية المادة، في درجات الحرارة المرتفعة للغاية والكثافة في عملية الدمج، تخيل العلماء انتقالًا طوريًا تتحلل فيه النيوترونات إلى الكواركات والغلونات المكونة لها.
في العدد الحالي من رسائل المراجعة الفيزيائية، تقدم مجموعتان من مجموعات البحث الدولية تقريرًا عن حساباتهما لما سيكون عليه شكل انتقال المرحلة في موجة الجاذبية.
الكواركات، أصغر الوحدات الأساسية للمادة، لا تظهر بمفردها في الطبيعة، هم دائمًا موجودون بإحكام داخل البروتونات والنيوترونات. ومع ذلك، فإن النجوم النيوترونية التي تزن أشعة الشمس، ولكن بحجم مدينة مثل فرانكفورت، تمتلك جوهرًا كثيفًا للغاية بحيث يمكن أن يحدث الانتقال من مادة النيوترون إلى مادة الكوارك.
يشير الفيزيائيون إلى هذه العملية على أنها انتقال طور، على خطي انتقال البخار السائل في الماء، على وجه الخصوص، يكون انتقال المرحلة هذا ممكنًا، من حيث المبدأ، عندما يكون دمج النجوم النيوترونية عبارة عن جسم هائل للغاية مستقر بكثافة تتجاوز النوى الذرية وذات درجات حرارة أعلى بمقدار 10000 مرة من قلب الشمس.
إن قياس موجات الجاذبية المنبعثة عن طريق دمج النجوم النيوترونية يمكن أن يكون بمثابة مراسلة للتحولات الطورية المحتملة في الفضاء الخارجي، يجب أن يترك انتقال المرحلة توقيعًا مميزًا في إشارة موجة الجاذبية.
استخدمت المجموعات البحثية من فرانكفورت ودارمشتات وأوهايو (جامعة جوته / جامعة FIAS / GSI / Kent) وكذلك من دارمشتات وروكلاف (GSI / Wroclaw University) أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحديثة لحساب شكل هذا التوقيع.
لهذا الغرض، استخدموا نماذج نظرية متعددة لانتقال مرحلة.
في حالة حدوث انتقال مرحلة أكثر بعد الدمج الفعلي، ستظهر كميات صغيرة من الكواركات تدريجيًا عبر الكائن المدمج، “بمساعدة معادلات آينشتاين (E= mc^2)، تمكنا من أن نظهر لأول مرة أن هذا التغيير الطفيف في الهيكل سيؤدي إلى انحراف في إشارة موجة الجاذبية حتى ينهار نجم نيوتروني هائل حديث التكوين تحت ثقله الخاص لتشكيل ثقب أسود “. يوضح لوتشيانو ريزولا( Luciano Rezzolla ) وهو أستاذ الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة جوته.
في نماذج الكمبيوتر الخاصة بالدكتور أندرياس بوسوين (Andreas Bauswein) في دارمشتات، يحدث انتقال المرحلة بالفعل مباشرة بعد الاندماج – وهو مجموعة من أشكال مادة الكوارك في الجزء الداخلي من الكائن المركزي.
يقول بوسوين: “لقد نجحنا في إظهار أنه في هذه الحالة سيكون هناك تحول واضح في وتيرة إشارة موجة الجاذبية”. “وهكذا حددنا معيارًا قابلًا للقياس للانتقال المرحلي في الموجات التثاقلية لعمليات الدمج بين النجوم النيوترونية في المستقبل”.
ليست كل تفاصيل إشارة موجة الجاذبية قابلة للقياس مع أجهزة الكشف الحالية حتى الآن. ومع ذلك، ستصبح قابلة للمراقبة مع كل من الجيل التالي من أجهزة الكشف، وكذلك مع حدث اندماج قريب منا نسبيًا، يتم تقديم مقاربة تكميلية للإجابة على الأسئلة حول مادة الكوارك من خلال تجربتين: عن طريق تصادم أيونات ثقيلة في إعداد HADES الحالي في GSI وفي كاشف CBM المستقبلي في مرفق أبحاث البروتونات الأيونية (FAIR)، والذي هو قيد الإنشاء حاليًا في GSI، سيتم إنتاج المواد النووية المضغوطة، في حالات الاصطدام، قد يكون من الممكن إنشاء درجات حرارة وكثافة مماثلة لتلك الموجودة في اندماج نجم نيوتروني. كلا الطريقتين تعطي رؤى جديدة حول حدوث تحولات الطور في المادة النووية وبالتالي في خصائصه الأساسية.
كتابة: ملاك فريد
مراجعة: محمد رضا
تصميم: امنية عبدالفتاح
تحرير: اسراء وصفي
