در سکوت ظاهری کیهان، صداهایی وجود دارد که ما تازه شنیدن آنها را آغاز کردهایم. این صداها، نه از جنس صوت، که «امواج گرانشی» هستند؛ لرزشهایی در تار و پود خودِ فضا-زمان که از عظیمترین رویدادهای عالم به ما میرسند. به تازگی، شبکه جهانی رصدخانههای امواج گرانشی موفق به شنیدن «گریه» دو سیاهچاله تازهمتولدشده در لحظه ادغامشان شده است. یکی از این دو رویداد، تولدی آنچنان عجیب و بیسابقه را نشان میدهد که دانشمندان را به بازنگری در مدلهای خود واداشته است. با آوا استار همراه شوید تا به جزئیات این کشف شگفتانگیز گوش فرا دهیم.
- شبکه جهانی آشکارسازهای LIGO, Virgo و KAGRA دو ادغام جدید سیاهچاله (GW241011 و GW241110) را در اواخر سال ۲۰۲۴ ثبت کردند.
- در رویداد GW241011، یکی از سیاهچالهها دارای یکی از **سریعترین چرخشها (Spin)**یی است که تاکنون ثبت شده.
- در رویداد شگفتانگیز GW241110، برای نخستین بار مشاهده شد که یکی از سیاهچالهها در جهت مخالف مدار خود میچرخد (چرخش معکوس).
- این یافتهها، بهویژه چرخش معکوس، شواهد محکمی برای وجود سیاهچالههای نسل دوم (که خود حاصل ادغامهای قبلی هستند) ارائه میدهند.
- دادهها بار دیگر با پیشبینیهای نظریه نسبیت عام اینشتین همخوانی کامل داشتند و حتی «هارمونیکها» (طنینهای بالاتر) امواج نیز شناسایی شدند.
امواج گرانشی: شنیدن صدای کیهان
سیاهچالهها اجرامی خاموش و نامرئی هستند. ما نمیتوانیم آنها را مستقیماً ببینیم، اما زمانی که دو سیاهچاله به دور یکدیگر میچرخند و در نهایت در برخوردی فاجعهبار با هم ادغام میشوند، امواجی قدرتمند در بافت فضا-زمان ایجاد میکنند که با سرعت نور در کیهان منتشر میشود. این امواج گرانشی، توسط آشکارسازهای فوقحساس LIGO (در آمریکا)، Virgo (در ایتالیا) و KAGRA (در ژاپن) روی زمین دریافت میشوند. این شبکه جهانی به ما اجازه میدهد تا نهتنها این رویدادها را «بشنویم»، بلکه مکان و مشخصات آنها را نیز تحلیل کنیم.
کشف اول: یک فرفره کیهانی (GW241011)
در ۱۱ اکتبر ۲۰۲۴، آشکارسازها سیگنال GW241011 را ثبت کردند. این سیگنال از ادغام دو سیاهچاله در فاصله حدود ۷۰۰ میلیون سال نوری از ما ناشی میشد:
- یک سیاهچاله با جرم حدود ۱۷ برابر خورشید.
- یک همتای کوچکتر با جرم حدود ۷ برابر خورشید.
تحلیل این امواج نشان داد که سیاهچاله بزرگتر، پیش از ادغام، با سرعتی سرسامآور در حال چرخش به دور خود بوده است؛ یکی از سریعترین چرخشهایی که تاکنون برای یک سیاهچاله در آستانه برخورد مشاهده شده است.
کشف دوم: تولدی بیسابقه با چرخش معکوس (GW241110)
تنها یک ماه بعد، در ۱۱ نوامبر ۲۰۲۴، سیگنال GW241110 از فاصلهای بسیار دورتر (حدود ۲.۴ میلیارد سال نوری) دریافت شد. این ادغام بین دو سیاهچاله با جرمهای ۱۶ و ۸ برابر خورشید بود.
اما نکته شگفتانگیز این رویداد، ویژگی منحصربهفرد یکی از سیاهچالهها بود: تحلیل دادهها نشان داد که این سیاهچاله در جهتی مخالف جهت مداری خود به دور همتایش میچرخیده است! این اولین باری است که چنین رفتار عجیبی (چرخش معکوس) در یک سیستم دوتایی سیاهچاله ثبت میشود و این تولد را از هر آنچه قبلاً دیدهایم، متمایز میکند.
این کشفها به ما چه میگویند؟
۱. سرنخی از سیاهچالههای نسل دوم: چرخش معکوس در GW241110 چگونه ممکن است؟ در یک سیستم دوتایی معمولی که هر دو ستاره با هم متولد و با هم پیر میشوند، انتظار داریم هر دو در یک جهت بچرخند. این چرخش معکوس نشان میدهد که این دو سیاهچاله احتمالاً با هم متولد نشدهاند، بلکه در محیطی بسیار شلوغ و پرجمعیت (مانند یک خوشه ستارهای) یکدیگر را «اسیر» کردهاند. این یافته قویاً از ایده سیاهچالههای نسل دوم (Hierarchical Mergers) پشتیبانی میکند؛ یعنی سیاهچالههایی که خودشان قبلاً از ادغام سیاهچالههای کوچکتر به وجود آمدهاند و در برخوردهای بعدی، چرخشهای تصادفی و عجیبی پیدا میکنند.
۲. آزمودن نظریه اینشتین (و شنیدن هارمونیکها): هر دوی این رویدادها، آزمونی دقیق برای نظریه نسبیت عام اینشتین بودند. دادهها نشان داد که رفتار امواج، دقیقاً با پیشبینیهای اینشتین همخوانی دارد. جالبتر اینکه، دانشمندان موفق به شناسایی «هارمونیکها» یا «نتهای بالاتر» در این امواج گرانشی شدند. اینها پژواکهای ضعیفتری از نت اصلی هستند (شبیه به طنین صدای یک ساز موسیقی) که اطلاعاتی حیاتی در مورد لحظات پایانی ادغام در اختیار ما میگذارند.
۳. محدود کردن فیزیک ذرات بنیادی: چرخش بسیار سریع سیاهچاله در رویداد GW241011، به حل معمایی دیگر در فیزیک بنیادی کمک میکند. برخی نظریهها وجود ذرات فرضی به نام «بوزونهای فوقسبک» را پیشبینی میکنند. اگر این ذرات وجود داشتند، باید مانند یک ترمز عمل کرده و به مرور زمان، انرژی چرخشی سیاهچالههای سریع را میگرفتند. مشاهده یک سیاهچاله با چنین چرخش سریعی، احتمال وجود این بوزونهای فرضی را بسیار کمرنگتر میکند.
آینده نجوم امواج گرانشی
به گفته فرانچسکو پَناراله از دانشگاه رم، هر کشف جدید از این دست، نهتنها دریچهای جدید به دنیای سیاهچالهها میگشاید، بلکه ما را در فهم قوانین بنیادی فیزیک یاری میدهد. با نسل آینده آشکارسازها، ما این صداهای کیهانی را واضحتر و دقیقتر از همیشه خواهیم شنید.
مترجم: سوگند متقی
منبع: space