حتی سیاهچاله های کوچک نیز هنگام برخورد، امواج گرانشی گسیل می‌کنند

آیا تنها سیاهچاله های بسیار عظیم موج گرانشی دارند؟ محققان LIGO امواج گرانشی ناشی از ادغام دو سیاهچاله‌ی دیگر را آشکار‌سازی کرده‌اند و بر این باور هستند که این کوچک‌ترین موج گرانشی است که تا به حال آشکار‌سازی کرده‌اند.

یافته‌ها در مجله‌ی اخترفیزیکی Astrophysical Journal Letters منتشر شده است و می‌تواند داستان آشکار‌سازی سیاهچاله‌ها را روشن کند و به دانشمندان در فهم این که چرا سیاهچاله‌ها‌ی بزرگ‌تر، رفتار متفاوتی با سیاهچاله‌ها‌ی کوچک‌تر از خود نشان می‌دهند، کمک کند.

به گفته‌ی سالوادور ویتال، آنالیزور داده و نظریه‌پرداز آزمایشگاه لیگو در موسسه‌ی MIT، جرم سیاهچاله آن را بسیار شگفت‌انگیز می‌کند. ویتال اضافه کرده است:

این سیاهچاله‌ها‌ی کم جرم اکنون شروع به ادغام شدن کرده اند.

امواج گرانشی، به‌منزله‌ی آشفتگی‌ها‌یی در ساختار فضازمان هستند که با شتاب گرفتن اجرام یعنی تغییر سرعت آن‌ها تولید می‌شوند.

آشکار‌سازی امواج گرانشی بسیار مشکل است اما ارزش جستجو و تحقیق را دارد؛ چرا که به ما امکان تحقیق روی پدیده‌ها‌ی قدرتمند کیهانی مانند سیاهچاله‌ها را می‌دهند. سیاهچاله‌ها با روش‌ها‌ی معمولی قابل آشکار‌سازی نیستند؛ چرا که نور نمی‌تواند از افق رویداد آن فرار کند.

لیگو یا آزمایشگاه تداخل سنجی امواج گرانشی توسط لیزر (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) ، توانایی یافتن سیاهچاله‌ها‌ی دوتایی را که به‌دلیل گرانش بینشان حول یکدیگر می‌گردند، دارد. این سیاهچاله‌ها هنگام گردش به دور یکدیگر، دائما به یکدیگر نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند؛ تا سرانجام با شدت به‌هم برخورد کرده و ادغام می‌شوند و به یک سیاهچاله‌ی بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند. آزمایشگاه لیگو از دو آشکار‌ساز L مانند تشکیل شده است که یکی در لویزیانا و دیگری در واشینگتن قرار دارد.

بازو های چهار کیلومتری تداخل سنج آزمایشگاه لایگو

زمانی که یک موج گرانشی از دستگاه عبور می‌کند، طول یکی از بازو‌ها‌ی دستگاه بر اثر نوسان زیاد می‌شود و طول دیگری کم می‌شود و این فرایند باعث ایجاد اختلال در طرح تداخلی لیزر شده و محققان لیگو همین اختلال کوچک را اندازه‌گیری می‌کنند.

از زمان آشکار‌سازی امواج گرانشی حاصل از ادغام دو سیاهچاله در سپتامبر ۲۰۱۵، لیگو تا کنون چندین آشکار‌سازی دیگر از امواج گرانشی داشته است. از جمله امواج گرانشی حاصل از ادغام دو ستاره‌ی نوترونی که هم‌زمان با این آشکار‌سازی، تیم ویرگو در اروپا نیز آن را آشکار‌سازی کردند. همچنین برخورد سیاهچاله ای GW170608 نیز در تاریخ ۷ ژوئن آشکار‌سازی شد.

آزمایشگاه لایگو در واشنگتون

آشکار‌ساز‌ها سیگنال‌هایی از  برخورد دو سیاهچاله‌ی کوچک‌تر که یکی از آن‌ها هفت برابر خورشید و دیگری دوازده برابر جرم خورشید است را دریافت کرده‌اند؛ آنها یک میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. حاصل این برخورد سیاهچاله‌ای، یک سیاهچاله با جرم ۱۸ برابر جرم خورشید بوده است. یک واحد جرم باقی‌مانده به امواج گرانشی تبدیل شده است.

این رویداد، در مقایسه با رویداد‌ها‌ی دیگری که قبلا توسط تیم لیگو آشکار‌سازی شده بود، بسیار کوچک است. برای مثال، جفت سیاهچاله‌ی ادغام شده در ماه سپتامبر ۲۰۱۵، هر کدام ۳۶ و ۲۹ برابر جرم خورشید بودند. رویداد کوچک بعدی در دسامبر سال ۲۰۱۵ رخ داد و در آن، سیاهچاله‌هایی با جرم ۷.۵ و ۱۴.۲ برابر جرم خورشید برخورد کردند.

هم زمان با آشکار‌سازی لیگو از سیاهچاله‌ها‌ی کم جرم GW170608، در ناحیه‌ی طول موجی پرتو ایکس و سایر طول موج‌ها‌ی پر انرژی نیز توسط ستاره‌شناسان، آشکار‌سازی انجام شده است.

همیشه مواد و اجرامی به دلیل گرانش سیاهچاله، در افق رویداد سیاهچاله و حول مرکز آن در حال گردش هستند و تابش پرتو‌ها‌ی X ناشی از گردش همین اجرام است. اما وافعیت این است که منجمان، تنها توانسته‌اند تابش پرتو‌ها‌ی ایکس حاصل از این سیاهچاله‌ها‌ی کوچک را دریافت کنند و اثری از پرتو‌ها‌ی ایکس در مورد سیاهچاله‌ها‌ی پرجرم قبلی آشکار شده توسط لایگو ندیده‌اند. 

دو ستاره ی نوترونی در حال ادغام

این سوال هنوز هم برای دانشمندان یک معما‌ی حل نشده است. اما آشکار‌سازی امواج گرانشی می‌تواند به کمک بیاید. هم اکنون لیگو برای آشکار‌سازی‌ها‌ی بعدی در سال ۲۰۱۸، سامان‌دهی شده است. زمانی که این سیستم بتواند ادغام‌ها‌ی سیاهچاله‌ای بیشتری را آشکار‌سازی کند، دانشمندان می‌توانند با بررسی داده‌ها‌ی بیش‌تر در این زمینه، سوالات بیش‌تری را پاسخ دهند. چنین برخورد‌هایی می‌توانند  امواج گرانشی تولید کنند؛ اما ممکن است دیگر تابش‌هایی نیز داشته باشند که منجمان بتوانند آن‌ها را با تلسکوپ‌ها‌ی معمولی آشکار‌سازی کنند.