گروهی بین‌المللی از ستاره‌شناسان، رصدِ مجموعه‌ای از تَپ‌اخترها را به عنوان راهی برای دردست‌داشتنِ حسابِ زمان، پیشنهاد کردند. تپ‌اخترها ستارگانی هستند که با سرعتِ بسیار زیاد به دورِ خود می‌چرخند و در بازه‌های زمانیِ بسیار منظم، از خود تَپ (پالس)های رادیویی گسیل می‌کنند. گرچه هدفِ پایانی از این پژوهش آن است که به کمک زمان‌بندی توسطِ تپ‌اخترها بتوان امواجِ گرانشی را آشکارسازی کرد، اما این گروه نشان داده‌اند که با مقیاس‌بندیِ زمانی به کمکِ تپ‌اخترها، می‌توان ناسازگاری‌های موجود در مقیاس‌بندی توسطِ ساعت‌های اتمی را آشکار نمود.
این گروه به سرپرستیِ George Hobbs از بخشِ ستاره‌شناسی و علومِ فضاییِ سازمانِ CSIRO در استرالیا، داده‌های به‌دست آمده از پروژه‌ی Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) را بررسی کردند. هدفِ اصلی این پروژه آن است که با به‌کارگیریِ تلسکوپِ رادیوییِ Parkes در استرالیا و بررسیِ یک مجموعه‌ی 20 تایی از تپ‌اخترهای موجود در مناطقِ متفاوتِ کهکشانِ راهِ شیری، امواجِ گرانشی را آشکارسازی کنند. ایده‌ی این پروژه از آن‌جا برمی‌خیزد که هرگاه یک موجِ گرانشی از میانِ کهکشانِ ما بگذرد، حضورِ این موج فضازمان را خمیده می‌کند و بنابراین فواصلِ زمانیِ میلی‌ثانیه‌ایِ میانِ تپ‌هایی که از تپ‌اخترهای متفاوت به ما می‌رسند، به شکلِ ویژه‌ای دست‌خوشِ تغییر می‌شود.
مقیاسِ زمانیِ بی‌نهایت دقیق
در پیش‌بردِ پروژه‌ی PPTA ، Hobbs و هم‌کارانش در استرالیا، آلمان، ایالاتِ متحده و چین دریافتند که گردآوریِ داده‌های مربوط به زمان‌گیری از چند تپ‌اختر (که می‌توان با ترکیبِ آن‌ها مقیاسِ زمانیِ بی‌نهایت دقیقی ساخت) به اواسطِ دهه‌ی 1990 باز می‌گردد. تعریفِ یک مقیاسِ زمانی نیازمندِ استفاده از نشانه‌گذاری‌های پی‌درپی در زمان است که هریک به اندازه‌ی بازه‌ی زمانیِ مشخصی، از هم فاصله دارند. دقیق‌ترین مقیاسِ زمانی که امروزه در دست‌رس است توسطِ ساعت‌های اتمی یا اپتیکی تعریف می‌شود. چنین ساعت‌هایی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با استفاده از بسامدِ گذارهای اتمیِ معینی، مقیاسِ زمان را تعریف می‌کنند.
این گروه، مقیاسِ زمانیِ خود را بر اساسِ داده‌های مربوط به 19 تپ‌اختر تعریف کرده‌اند. چندین عاملِ متفاوت در اندازه‌گیریِ بازه‌ی زمانیِ میانِ تپ‌ها موثرند و این گروه ابتدا می‌بایست داده‌های مربوط به هر تپ‌اختر را از این عوامل می‌زدود. این عوامل عبارتند از خطاهای ناشی از وسایلِ اندازه‌گیری، حرکتِ زمین در منظومه‌ی خورشیدی و نیز اثراتِ پلاسمای بینِ ستاره‌ای. هم‌چنین بسامدِ (حرکتِ چرخشی) یک تپ‌اختر با گذشتِ زمان به کندی کاهش می‌یابد چون انرژیِ (جنبشیِ) دورانیِ ستاره به دلیلِ تابشِ (امواجِ رادیویی) رفته‌رفته کاهش می‌یابد. این اثر نیز باید در نظر گرفته و اصلاح شود.
پس از اصلاحِ داده‌ها، این گروه داده‌های مربوط به 19 تپ‌اختر را به‌کار برده و مقیاسِ زمانیِ زمین یا TT(PPTA11) را تعریف کرده‌اند، عدد 11 دراین مخفف‌سازی بیان‌گرِ آن است که جدیدترین داده‌های به‌کار رفته در این مقیاس‌بندی مربوط به سال 2011 است. حال باید دید که چگونه می‌توان مقیاس‌بندیِ نوینِ این پژوهش‌گران را به منظورِ ارزیابیِ مقیاس‌بندیِ انجام شده توسطِ ساعت‌های اتمی به‌کار گرفت. این پژوهش‌گران مقیاس‌بندیِ نوینِ را با زمانِ زمینیِ کنونی که همان زمانِ اتمیِ بین‌المللی TT(TAI) است مقایسه کردند. مقیاسِ زمانیِ کنونی به کمکِ گردآوریِ نتایجِ به‌دست‌آمده از چندصد ساعتِ اتمیِ موجود در سراسرِ دنیا تعریف می‌شود. TT(TAI) تا به حال موردِ بازبینی و اصلاح قرار نگرفته است و این گواهی تاریخی بر کاراییِ ساعت‌های اتمی است. در واقع این بازبینی و واکاویِ دوباره‌ی استانداردِ زمان، مقیاس‌بندیِ زمانی توسطِ ساعت‌های اتمی را به آرامی به سوی هرچه بهتر شدن پیش می‌برد.
در جست‌وجوی کمبودها
اگر مقیاسِ زمانیِ جدید (که به کمکِ تپ‌اخترها تعریف می‌شود) واقعاً دقیق باشد، باید بتواند کمبودهای تاریخیِ موجود در مقیاس‌بندیِ زمانی به کمکِ ساعت‌های اتمی را آشکار کند، این همان کاری بود که این گروه توانست انجام دهد. پژوهش‌گران این دو مقیاس‌بندی را تا نزدیکیِ سال 1994 مقایسه و حدودِ سال 1998 اختلافی آشکار را مشاهده کردند. این گروه هم‌چنین مقایسه‌ی همانندی را میانِ مقیاس‌بندیِ ساعت‌های اتمی و نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی زمانِ زمینی (که هرساله توسطِ دیوانِ بین‌المللیِ اوزان و سنجه‌ها TT(BIPM11) فراهم می‌شود) انجام دادند. در این مورد نیز در حدودِ سال 1998 اختلافی آشکار و همانند با موردِ قبلی مشاهده شد. این نتیجه نشان می‌داد که مقیاسِ زمانی مبنی بر تپ‌اخترها نیز به خوبیِ TT(BIPM11) می‌تواند ناهم‌خوانی‌های موجود در مقیاس‌بندیِ زمانی توسطِ ساعت‌های اتمی را نشان دهد.
همانندیِ میانِ TT(PPTA11) و TT(BIPM11) گروه را به این نتیجه رساند که هیچ خطای بزرگ و غیرمنتظره‌ای در TT(BIPM11) وجود ندارد. علاوه بر این، نتایجِ به‌دست‌آمده پژوهشِ قبلی را تایید می‌کرد که نشان می‌داد مقیاس‌بندیِ زمانیِ TT(TAI) برای کاربردهایی که نیازمندِ اندازه‌گیری‌های زمانیِ تپ‌اخترها هستند (مانند آشکارسازیِ امواجِ گرانشی)، به اندازه‌ی کافی دقیق نیست. بنابراین در چنین مواردی هم‌واره باید نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی TT(BIPM11) را به‌کار گرفت.
David Champion از بخشِ اخترشناسیِ رادیویی در موسسه‌ی ماکس پلانک واقع در بن و یکی از اعضای این گروه به physicsworld.com می‌گوید که گامِ بعدی در پروراندن این مقیاس‌بندیِ نوین برای زمان، یک‌پارچه‌کردنِ داده‌هایی است که در بازه‌ی زمانیِ یک‌سانی به کمکِ تلسکوپ‌های دیگر به‌دست آمده‌اند.
برهانی برای یک اصل
Setnam Shemar از گروهِ بسامد و زمان در آزمایش‌گاهِ ملیِ فیزیکِ انگلستان، این کارِ پژوهشی را با این عنوان توصیف می‌کند: «برهانی برای این اصل که داده‌های PPTA را می‌توان برای یافتنِ ناهنجاری‌های موجود در برخی مقیاس‌بندی‌های اتمیِ کنونی برای زمان، به‌کار برد». گرچه وی بر این باور است که این امکان وجود دارد که در طولانی‌مدت، مقیاس‌بندیِ زمان بر اساسِ تپ‌اخترها، حتی بهترین مقیاسِ اتمیِ کنونی برای زمان را بهبود بخشد، اما اضافه می‌کند که برای بیانِ این موضوع هنوز خیلی زود است. در واقع او اشاره می‌کند که اگر پیش‌رفت‌ها در فن‌آوریِ (ساختِ) ساعت‌های اتمی و اپتیکی، از پیش‌رفت‌ها در زمان‌بندی به کمکِ تپ‌اخترها پیشی بگیرد (وی انتظار دارد که چنین باشد)، آن‌گاه مقیاس‌بندیِ زمانی بر اساسِ تپ‌اخترها می‌تواند در جست‌وجوی امواجِ گرانشی کارآمدتر باشد تا به عنوان ابزاری برای بررسیِ مقیاس‌بندیِ اتمی.
psi.ir
دردست‌داشتنِ حسابِ زمان: به‌کارگیریِ آرایه‌ای از تپ‌اخترها به منظورِ جست‌وجو برای امواجِ گرانشی
تپ‌اخترها ستاره‌های نوترونی هستند که با سرعتِ بسیار زیادی به دورِ خود می‌چرخند. به نظر می‌رسد که این ستارگان، در بازه‌های زمانیِ بی‌نهایت منظمی تپ‌های رادیویی از خود گسیل می‌کنند. در واقع این تپ‌ها همه‌ی آن چیزی‌ست که از پرتوی رادیوییِ (گسیل شده از این ستارگان) می‌بینیم. این پرتوهای رادیویی، توسطِ میدانِ مغناطیسیِ ستاره کانونی شده و فضای پیرامونِ ستاره را درست همانندِ یک فانوسِ دریایی می‌روبند. ستاره‌شناسان به کمکِ یک تلسکوپِ رادیویی می‌توانند بازه‌ی زمانیِ میانِ دو تپِ پی‌درپی را با دقتی در حدودِ 100 نانو ثانیه در طولِ یک زمان‌گیریِ حدوداً یک‌ساعته، اندازه‌گیری کنند. این میزان دقت به طورِ چشم‌گیری کم‌تر از دقتِ ساعت‌های اتمی است اما می‌توان تپ‌اخترها را به عنوان معرف‌های مقیاسِ زمانی به‌کار گرفت که در طولِ دهه‌ها، سده‌ها و شاید بیش‌تر، ثابت و پابرجا هستند. به این ترتیب می‌توان نوسان‌های ساعت‌های زمینی مانند ساعت‌های اتمی یا اپتیکی را تعیین کرد، چراکه چنین ساعت‌هایی معمولاً برای چنین بازه‌های زمانیِ طولانی کارگر نیستند.این گروه به سرپرستیِ George Hobbs از بخشِ ستاره‌شناسی و علومِ فضاییِ سازمانِ CSIRO در استرالیا، داده‌های به‌دست آمده از پروژه‌ی Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) را بررسی کردند. هدفِ اصلی این پروژه آن است که با به‌کارگیریِ تلسکوپِ رادیوییِ Parkes در استرالیا و بررسیِ یک مجموعه‌ی 20 تایی از تپ‌اخترهای موجود در مناطقِ متفاوتِ کهکشانِ راهِ شیری، امواجِ گرانشی را آشکارسازی کنند. ایده‌ی این پروژه از آن‌جا برمی‌خیزد که هرگاه یک موجِ گرانشی از میانِ کهکشانِ ما بگذرد، حضورِ این موج فضازمان را خمیده می‌کند و بنابراین فواصلِ زمانیِ میلی‌ثانیه‌ایِ میانِ تپ‌هایی که از تپ‌اخترهای متفاوت به ما می‌رسند، به شکلِ ویژه‌ای دست‌خوشِ تغییر می‌شود.
مقیاسِ زمانیِ بی‌نهایت دقیق
در پیش‌بردِ پروژه‌ی PPTA ، Hobbs و هم‌کارانش در استرالیا، آلمان، ایالاتِ متحده و چین دریافتند که گردآوریِ داده‌های مربوط به زمان‌گیری از چند تپ‌اختر (که می‌توان با ترکیبِ آن‌ها مقیاسِ زمانیِ بی‌نهایت دقیقی ساخت) به اواسطِ دهه‌ی 1990 باز می‌گردد. تعریفِ یک مقیاسِ زمانی نیازمندِ استفاده از نشانه‌گذاری‌های پی‌درپی در زمان است که هریک به اندازه‌ی بازه‌ی زمانیِ مشخصی، از هم فاصله دارند. دقیق‌ترین مقیاسِ زمانی که امروزه در دست‌رس است توسطِ ساعت‌های اتمی یا اپتیکی تعریف می‌شود. چنین ساعت‌هایی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با استفاده از بسامدِ گذارهای اتمیِ معینی، مقیاسِ زمان را تعریف می‌کنند.
این گروه، مقیاسِ زمانیِ خود را بر اساسِ داده‌های مربوط به 19 تپ‌اختر تعریف کرده‌اند. چندین عاملِ متفاوت در اندازه‌گیریِ بازه‌ی زمانیِ میانِ تپ‌ها موثرند و این گروه ابتدا می‌بایست داده‌های مربوط به هر تپ‌اختر را از این عوامل می‌زدود. این عوامل عبارتند از خطاهای ناشی از وسایلِ اندازه‌گیری، حرکتِ زمین در منظومه‌ی خورشیدی و نیز اثراتِ پلاسمای بینِ ستاره‌ای. هم‌چنین بسامدِ (حرکتِ چرخشی) یک تپ‌اختر با گذشتِ زمان به کندی کاهش می‌یابد چون انرژیِ (جنبشیِ) دورانیِ ستاره به دلیلِ تابشِ (امواجِ رادیویی) رفته‌رفته کاهش می‌یابد. این اثر نیز باید در نظر گرفته و اصلاح شود.
پس از اصلاحِ داده‌ها، این گروه داده‌های مربوط به 19 تپ‌اختر را به‌کار برده و مقیاسِ زمانیِ زمین یا TT(PPTA11) را تعریف کرده‌اند، عدد 11 دراین مخفف‌سازی بیان‌گرِ آن است که جدیدترین داده‌های به‌کار رفته در این مقیاس‌بندی مربوط به سال 2011 است. حال باید دید که چگونه می‌توان مقیاس‌بندیِ نوینِ این پژوهش‌گران را به منظورِ ارزیابیِ مقیاس‌بندیِ انجام شده توسطِ ساعت‌های اتمی به‌کار گرفت. این پژوهش‌گران مقیاس‌بندیِ نوینِ را با زمانِ زمینیِ کنونی که همان زمانِ اتمیِ بین‌المللی TT(TAI) است مقایسه کردند. مقیاسِ زمانیِ کنونی به کمکِ گردآوریِ نتایجِ به‌دست‌آمده از چندصد ساعتِ اتمیِ موجود در سراسرِ دنیا تعریف می‌شود. TT(TAI) تا به حال موردِ بازبینی و اصلاح قرار نگرفته است و این گواهی تاریخی بر کاراییِ ساعت‌های اتمی است. در واقع این بازبینی و واکاویِ دوباره‌ی استانداردِ زمان، مقیاس‌بندیِ زمانی توسطِ ساعت‌های اتمی را به آرامی به سوی هرچه بهتر شدن پیش می‌برد.
در جست‌وجوی کمبودها
اگر مقیاسِ زمانیِ جدید (که به کمکِ تپ‌اخترها تعریف می‌شود) واقعاً دقیق باشد، باید بتواند کمبودهای تاریخیِ موجود در مقیاس‌بندیِ زمانی به کمکِ ساعت‌های اتمی را آشکار کند، این همان کاری بود که این گروه توانست انجام دهد. پژوهش‌گران این دو مقیاس‌بندی را تا نزدیکیِ سال 1994 مقایسه و حدودِ سال 1998 اختلافی آشکار را مشاهده کردند. این گروه هم‌چنین مقایسه‌ی همانندی را میانِ مقیاس‌بندیِ ساعت‌های اتمی و نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی زمانِ زمینی (که هرساله توسطِ دیوانِ بین‌المللیِ اوزان و سنجه‌ها TT(BIPM11) فراهم می‌شود) انجام دادند. در این مورد نیز در حدودِ سال 1998 اختلافی آشکار و همانند با موردِ قبلی مشاهده شد. این نتیجه نشان می‌داد که مقیاسِ زمانی مبنی بر تپ‌اخترها نیز به خوبیِ TT(BIPM11) می‌تواند ناهم‌خوانی‌های موجود در مقیاس‌بندیِ زمانی توسطِ ساعت‌های اتمی را نشان دهد.
همانندیِ میانِ TT(PPTA11) و TT(BIPM11) گروه را به این نتیجه رساند که هیچ خطای بزرگ و غیرمنتظره‌ای در TT(BIPM11) وجود ندارد. علاوه بر این، نتایجِ به‌دست‌آمده پژوهشِ قبلی را تایید می‌کرد که نشان می‌داد مقیاس‌بندیِ زمانیِ TT(TAI) برای کاربردهایی که نیازمندِ اندازه‌گیری‌های زمانیِ تپ‌اخترها هستند (مانند آشکارسازیِ امواجِ گرانشی)، به اندازه‌ی کافی دقیق نیست. بنابراین در چنین مواردی هم‌واره باید نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی TT(BIPM11) را به‌کار گرفت.
David Champion از بخشِ اخترشناسیِ رادیویی در موسسه‌ی ماکس پلانک واقع در بن و یکی از اعضای این گروه به physicsworld.com می‌گوید که گامِ بعدی در پروراندن این مقیاس‌بندیِ نوین برای زمان، یک‌پارچه‌کردنِ داده‌هایی است که در بازه‌ی زمانیِ یک‌سانی به کمکِ تلسکوپ‌های دیگر به‌دست آمده‌اند.
برهانی برای یک اصل
Setnam Shemar از گروهِ بسامد و زمان در آزمایش‌گاهِ ملیِ فیزیکِ انگلستان، این کارِ پژوهشی را با این عنوان توصیف می‌کند: «برهانی برای این اصل که داده‌های PPTA را می‌توان برای یافتنِ ناهنجاری‌های موجود در برخی مقیاس‌بندی‌های اتمیِ کنونی برای زمان، به‌کار برد». گرچه وی بر این باور است که این امکان وجود دارد که در طولانی‌مدت، مقیاس‌بندیِ زمان بر اساسِ تپ‌اخترها، حتی بهترین مقیاسِ اتمیِ کنونی برای زمان را بهبود بخشد، اما اضافه می‌کند که برای بیانِ این موضوع هنوز خیلی زود است. در واقع او اشاره می‌کند که اگر پیش‌رفت‌ها در فن‌آوریِ (ساختِ) ساعت‌های اتمی و اپتیکی، از پیش‌رفت‌ها در زمان‌بندی به کمکِ تپ‌اخترها پیشی بگیرد (وی انتظار دارد که چنین باشد)، آن‌گاه مقیاس‌بندیِ زمانی بر اساسِ تپ‌اخترها می‌تواند در جست‌وجوی امواجِ گرانشی کارآمدتر باشد تا به عنوان ابزاری برای بررسیِ مقیاس‌بندیِ اتمی.
psi.ir