دانشمندان عظیم‌ترین ادغام سیاهچاله‌ای کنونی را ثبت کردند

دانشمندان با تشخیص یک موج گرانشی قدرتمند، عظیم‌ترین ادغام سیاهچاله‌ای کشف شده تا کنون را شناسایی کردند. سیاهچاله‌های درگیر در این فرآیند ادغام شدید؛ به اندازه‌ای پرجرم هستند که می‌توانند مدل‌های کیهانی فعلی را به چالش بکشند!

این رویداد امواج گرانشی که فضا-زمان را به لرزه درآورد، در تاریخ 2 آذر 1402 (23 نوامبر 2023) طی چهارمین دوره‌ی رصدی شبکه‌ی آشکارسازهای امواج گرانشی «لایگو-ویرگو-کاگرا» (LIGO-Virgo-KAGRA) که به ترتیب در آمریکا، ایتالیا و ژاپن مستقر هستند، ثبت شد و GW231123 نام گرفت. در این فرآیند دو سیاهچاله با جرم‌های 100 و 140 برابر خورشید دخالت دارند که پس از ادغام، یک سیاه‌چاله‌ی جدید با جرمی حدود 225 برابر خورشید پدید آوردند؛ جرم گم شده در این فرآیند به انرژی تبدیل شد و به شکل امواج گرانشی به بیرون گسیل یافت.

پیش از رویداد GW231123، سنگین‌ترین سیاه‌چاله‌ای که در اثر ادغام و از طریق امواج گرانشی شناسایی شده بود، 140 برابر خورشید جرم داشت و به سیگنال GW190521 در سال 2021 مربوط می‌شد. به گفته‌ی «مارک هانام» (Mark Hannam) از دانشگاه کاردیف و یکی از اعضای همکاری LVK «این سنگین‌ترین سیستم دوتایی سیاهچاله‌ای مشاهده شده تا کنون است و درک ما از چگونگی شکل‌گیری سیاهچاله‌ها را به چالش می‌کشد چون در مدل‌های متداول تحول ستاره‌ای جای نمی‌گیرند. یکی از احتمالات این است که این سیاهچاله‌ها از ادغام چند سیاهچاله‌ی کوچک‌تر ایجاد شده باشند.»

با این حال، تنها جرم زیاد این سیاهچاله نیست که رویداد GW231123 را خاص می‌کند. به نظر می‌رسد که دست‌کم یکی از این سیاهچاله‌ها پیش از ادغام، با سرعت بسیار زیادی، شاید حتی نزدیک به بیشینه سرعت مجاز طبق نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین در حال چرخش بوده است. چنان‌که «چارلی هوی» (Charlie Hoy) از دانشگاه پورتسموث گفت: «همین موضوع باعث می‌شود مدل‌سازی و تفسیر این سیگنال بسیار دشوار باشد که البته فرصتی فوق‌العاده برای توسعه‌ی ابزارهای نظری ماست.»

رکوردی دیگر برای رصدخانه‌های امواج گرانشی

«رصدخانه‌ی موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری» (LIGO) پیش‌تر هم رکوردشکن بوده است. در سال 2015 بود که دو آشکارساز آن در لوییزیانا و واشنگتن، نخستین امواج گرانشی را ثبت کردند؛ یعنی درست یک قرن پس از آن‌که اینشتین در سال 1915 وجود آن‌ها را پیش‌بینی کرده بود. این سیگنال تاریخ‌ساز که بعدها GW150914 نام گرفت، ناشی از ادغام دو سیاهچاله بود که در نهایت سیاهچاله‌ای با جرمی حدود 62 برابر خورشید تشکیل دادند.

پس از آن، آشکارسازهای ویرگو در ایتالیا و کاگارا در ژاپن هم به این همکاری پیوستند و بدین ترتیب، این پروژه‌ی مشارکتی تا کنون بیش از 300 ادغام سیاهچاله‌ای را ثبت کرده است که بیش از 200 مورد آن‌ها تنها در چهارمین دوره‌ی فعالیت این ابزارها صورت گرفته است.

اما جرم بسیار زیاد و چرخش سریع سیاهچاله‌هایی که سیگنال جی‌دابلیو231123 را تولید کردند، مرزهای فناوری کنونی در آشکارسازی امواج گرانشی و حتی مرزهای نظریه‌های کیهان‌شناسی را به چالش کشیده است. چنان‌که به گفته‌ی «سوفی بینی» (Sophie Bini) از «مؤسسه فناوری کالیفرنیا» (Caltech) «این رویداد توانایی ابزارها و روش‌های تحلیل داده‌های ما را تا مرز ممکن به جلو رانده است. نمونه‌ای قدرتمند از آنچه می‌توانیم به کمک اخترشناسی امواج گرانشی بیاموزیم و اینکه هنوز چقدر ناشناخته باقی مانده است.»

بنابراین برای رمزگشایی کامل از این سیگنال و دیگر داده‌های ثبت شده تا پایان دوره‌ی چهارم بررسی‌ها یعنی تا ژانویه 2024، نیاز به تحلیل‌های پیشرفته‌تر و روش‌های تفسیر دقیق‌تری وجود دارد و همان‌طور که «گرگوریو کارولو» (Gregorio Carullo) از دانشگاه بیرمنگام اشاره کرد: «درک کامل الگوی پیچیده‌ی این سیگنال [امواج گرانشی] و پیامدهای آن، ممکن است سال‌ها زمان ببرد. هرچند محتمل‌ترین توضیح، همان ادغام سیاهچاله‌هاست، اما سناریوهای پیچیده‌تر هم ممکن است بتوانند ویژگی‌های غیرمنتظره‌ی آن را توضیح دهند. روزهای هیجان‌انگیزی در پیش است!»