اخترشناسان می‌گویند عظیم‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ای کشف‌شده را شناسایی کرده‌اند
ستاره‌شناسان احتمالا عظیم‌ترین برخورد شناخته‌شده‌ی دو سیاه‌چاله را شناسایی کرده‌اند: ادغامی آشوبناک که تقریبا هفت میلیارد سال پیش به‌وقوع پیوست و نشانه‌های آن به‌تازگی درنظر ما آشکار شده است. این رخداد فاجعه‌بار به پژوهشگران امکان داد تا برای تماشای تولد یکی از پیچیده‌ترین اجرام عالم، بهترین جایگاه ممکن را به‌دست آورند.
رویداد مورد بحث دو بازیگر اصلی دارد: سیاه‌چاله‌ای با جرم تقریبا ۶۶ برابر خورشید و سیاه‌چاله‌ای دیگر با جرم تقریبا ۸۵ برابر ستاره‌ی ما. این دو سیاه‌چاله با نزدیک‌شدن به‌هم، به سرعت چندین بار در ثانیه دور یکدیگر چرخیدند و درنهایت در انفجاری عظیم از انرژی که امواج شدیدش را به سرتاسر جهان فرستاد، با همدیگر تصادم کردند. اما نتیجه‌ی این ادغام چه بود؟ سیاه‌چاله‌ای واحد که جرمش نزدیک به ۱۴۲ برابر خورشید است.
چنین یافته‌ای می‌تواند کشفی مهم برای دانشمندان قلمداد شود. تا به امروز دانشمندان قادر بودند مستقیم و غیرمستقیم، سیاه‌چاله‌ها را در دو طیف متفاوت ازنظر اندازه رصد کنند: طیف کوچک‌تر با جرم بین ۵ و ۱۰۰ برابر خورشید ما و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در انتهای دیگر طیف که با جرم میلیون‌ها و میلیاردها برابر خورشید در مرکز کهکشان‌ها واقع شده‌اند. برای سال‌ها، پژوهشگران درتلاش بوده‌اند تا سیاه‌چاله‌های واقع در میانه‌ی طیف را شناسایی کنند؛ سیاه‌چاله‌های به‌اصطلاح متوسط‌جرم که جرمشان تقریبا بین ۱۰۰ تا هزار برابر خورشید است.
ستاره‌شناسان اطمینان داشتند که انواع متوسط سیاه‌چاله‌ها باید در عالم باشند؛ اما قادر به یافتن هیچ‌گونه شواهد مستقیمی از وجود آن‌ها نبودند. البته هرچند پیش‌تر چند سیاه‌چاله‌ی متوسط شناسایی شده بود، مدرکی از وجود قطعی آن‌ها وجود نداشت. سالوادوره ویتالی، استادیار در آزمایشگاه لایگو در مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) که امواج گرانشی را مطالعه می‌کند، به خبرگزاری ورج گفت «بین سیاه‌چاله‌هایی با جرم ده برابر و میلیون‌ها برابر خورشید، واقعا حلقه‌ای گمشده وجود داشت.»
با این کشف جدید، که به‌تازگی در ژورنال‌های علمی منتشر شده، ممکن است تولد اولین سیاه‌چاله‌ی متوسط‌جرم شناسایی‌شده را رصد کرده باشیم. یافته‌ی جدید می‌تواند به توضیح این پرسش کمک کند که چرا جهان بدین نحو کنونی به‌نظر می‌آید؛ با پراکندگی نسبتا زیاد سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر و معدودی سیاه‌چاله‌های کلان جرم در مرکز کهکشان‌ها. یک نظریه درباره‌ی چگونگی بزرگ‌شدن بیش‌ازحد سیاه‌چاله‌ها این است که سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر به‌طور مرتب با یکدیگر ادغام می‌شوند و جسمی کلان‌جرم را تشکیل می‌دهند. اما اگر این توضیح صحیح باشد، سیاه‌چاله‌های متوسط‌جرم باید جایی در عالم وجود داشته باشند. به‌گفته‌ی ویتالی «به‌همین دلیل ستاره‌شناسان به‌طور گسترده به‌دنبال این اجرام بوده‌اند؛ زیرا آن‌ها به حل پازل سیاه‌چاله‌ها کمک خواهند کرد.»
طرحی که جرم رویداد GW190521 را با دیگر رویدادهای ادغامی سیاه‌چاله‌ای رصدشده مقایسه می‌کند.
دانشمندان به‌منظور شناسایی برخورد دو سیاه‌چاله، امواج شوک بسیار کوچک حاصل از ادغام آن‌ها را اندازه گرفتند. وقتی اجرامی فوق‌العاده عظیم نظیر سیاه‌چاله‌ها با یکدیگر ادغام می‌شوند، فضا و زمان را دچار پیچ‌وتاب می‌کنند و لرزش‌هایی را در بافت جهان به‌وجود می‌آورند که با سرعت نور از محل واقعه شلیک می‌شوند. این لرزش‌ها که با عنوان امواج گرانشی شناخته می‌شوند، به‌محض تشکیل بسیار عظیم هستند؛ اما وقتی به سیاره‌ی ما می‌رسند، تا حد بسیار زیادی از شدتشان کاسته و شناسایی‌شان مشکل می‌شود.
دانشمندان به‌لطف رصدخانه‌های لایگو ویرگو در آمریکا و ایتالیا در شناسایی این امواج گرانشی بسیار جزئی مهارت زیادی کسب کرده‌اند؛ رصدخانه‌هایی که با اندازه‌گیری چگونگی تأثیر لرزش‌ها بر آینه‌های معلق روی زمین، به‌طور ویژه برای شناسایی این امواج بی‌اندازه خرد حاصل از ادغام فاجعه‌بار اجرام آسمانی طراحی شده‌اند. پس از آنکه لایگو نخستین‌بار امواج گرانشی را در سال ۲۰۱۵ شناسایی کرد، رصدخانه‌های یادشده با دست‌یافتن به موفقیتی چشمگیر، نزدیک به ۶۷ رویداد ادغام سیاه‌چاله‌ها، ستارگان نوترونی و ادغام سیاه‌چاله‌ها با ستارگان نوترونی را شناسایی کرده‌اند.
- مهندسی بی‌نهایت: لایگو؛ رصدخانه تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی
- امواج گرانشی برای سومین بار شناسایی و تأیید شدند
کشف تازه در فاصله‌ی ۵/۳ میلیارد پارسک از زمین، دوردست‌ترین رویداد ادغامی نیز محسوب می‌شود که لایگو و ویرگو تاکنون شناسایی کرده‌اند. این فاصله به‌قدری زیاد است که ۷ میلیارد سال طول کشیده تا امواج گرانشی حاصل از ادغام دو سیاه‌چاله به ما برسد. این رویداد با نام GW190521 در تاریخ ۲۱ مه ۲۰۱۹ شناسایی شد و به‌قدری جزئی بود که امکان داشت به‌راحتی ازدست رود. لایگو و ویرگو تنها چهار موج کوچکی را در آشکارسازهای خود یافتند که صرفا یک‌دهم ثانیه دوام آوردند. دانشمندان متخصص داده، چهار الگوریتم متفاوت را به‌کار گرفتند تا لرزش‌ها را بیابند و درنهایت توانستند جرم دو سیاه‌چاله و میزان انرژی آزادشده را مشخص کنند. ویتالی می‌گوید «درجریان فرایند برخورد، معادل هفت برابر جرم خورشید ما نابود و به انرژی خارج‌شده از منظومه تبدیل شد. معادل هفت خورشید در کسری بسیار کوچک از ثانیه ازبین‌رفت.»
به‌دلیل شناسایی جزئی، اخترشناسان لایگو و ویرگو، این احتمال را درنظر گرفتند که شاید واقعا ادغام عظیم سیاه‌چاله‌ای را رصد نکرده و درعوض امواجی را از فروپاشی ستاره یا پدیده‌ی عجیبی دیگر یافته باشند. بااین‌حال، ادغام سیاه‌چاله‌ای، ساده‌ترین و منطقی‌ترین توضیح محسوب می‌شود. اخترشناسان برآورد می‌کنند که ادغام‌هایی نظیر مورد تازه‌کشف‌شده، نادرتر از ادغام سیاه‌چاله‌های کوچک‌تری هستند که لایگو و ویرگو رصد کرده‌اند. ویتالی می‌گوید «درمقابل هر رخدادی نظیر این مورد، تقریبا ۵۰۰ ادغام سیاه‌چاله‌ای کوچک‌تر وجود خواهد داشت؛ درنتیجه این رویداد بسیار نادر است.»
بااین‌حال، ویتالی انتظار دارد که ادغام‌های غول‌آسا را دوباره رصد کند. هم‌اکنون لایگو و ویرگو مشاهدات نجومی انجام نمی‌دهند؛ اما دو رصدخانه با برخی ارتقاها که ابزارهای آن‌ها را حساس‌تر از قبل می‌کند، دوباره رصد آسمان را از سرخواهند گرفت. ویتالی می‌گوید «ما باید بتوانیم این اجرام به‌شدت سنگین را بیشتر شناسایی کنیم و سپس آموخته‌هایمان را درباره‌ی منشا آن‌ها، اینکه از کجا می‌آیند، چقدر نادر هستند و نوع خصوصیاتشان افزایش دهیم. درنتیجه واقعا خواهیم توانست حیات و مرگ این سیاه‌چاله‌ها را کاوش کنیم.»
نظرات