قایم بشاک بازی سیاهچاله های کوچک با سیاهچاله های بزرگ (+عکس)

به گزارش ایسنا، با وجود محبوبیت سیاهچاله ها، تشخیص آنها کار آسانی نیست. همه سیاهچاله ها توسط یک مرز یک طرفه به دام انداختن نور به نام “افق رویداد” احاطه شده اند که هیچ نوری از آن ساطع نمی شود.

به گفته اسپیس، حتی سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم در قلب کهکشان‌هایی با جرم میلیون‌ها یا میلیاردها برابر خورشید، تنها زمانی «قابل مشاهده» هستند که مقادیر زیادی از مواد اطراف خود را ببلعند یا باعث شکسته شدن ستاره‌ای شوند.

با این حال، فقط نور، یا دقیق تر تابش الکترومغناطیسی یکی این یک نوع تشعشع است. نوع دیگر «تابش گرانشی» است که به شکل امواج کوچکی منتشر می‌شود که صداهایی به نام «امواج گرانشی» تولید می‌کند، که انسان تازه شروع به تشخیص آن کرده است. این بدان معناست که در این بازی مخفی کاری، اخترشناسان مجبور نیستند به دنبال جفت سیاهچاله های کلان جرم باشند، بلکه می توانند به آنها گوش دهند.

یاکوب استگمن، سرپرست تیم، محقق فوق دکتری در موسسه ماکس پلانک برای اخترفیزیک، می گوید: ایده ما اساساً مانند گوش دادن به یک ایستگاه رادیویی است. ما از سیگنال حاصل از جفت سیاهچاله های کوچک استفاده می کنیم، مشابه نحوه انتقال امواج رادیویی سیگنال. سیاهچاله های پرجرم موسیقی هستند که در مدولاسیون فرکانس (FM) سیگنال شناسایی شده کدگذاری می شوند.

سیاهچاله های کوچک سوپرانو می خوانند

امواج گرانشی مفهومی است که برای اولین بار توسط آلبرت انیشتین در سال 1915 در نظریه نسبیت عام او ارائه شد.

نسبیت عام نشان می‌دهد که گرانش زمانی به وجود می‌آید که یک جسم با جرم، بافت فضا و زمان که انیشتین قبلاً آن را به عنوان یک ماده چهار بعدی منفرد متشکل از سه بعد مکانی و یک بعد زمانی، «فضا-زمان» توصیف می‌کرد، خم می‌شود.

هر چه جرم بیشتر باشد، انحنای فضای ایجاد شده توسط یک جسم بیشتر است. این توضیح می‌دهد که چرا سیارات نسبت به ماه‌ها بر گرانش تأثیر بیشتری دارند، چرا ستارگان تأثیر بیشتری نسبت به سیارات دارند و چرا سیاه‌چاله‌ها بیشترین تأثیر را در بین هر جسم واحدی دارند.

هنگامی که سیاهچاله ها به دور یکدیگر می چرخند، جرم کافی برای تولید امواج گرانشی قابل توجهی دارند.

همانطور که سیاهچاله ها به دور یکدیگر می چرخند، به طور مداوم امواج گرانشی با فرکانس پایین ساطع می کنند. این امواج گرانشی حرکت زاویه ای (یا اسپین) را حمل می کنند و سیاهچاله ها را نزدیک یکدیگر نگه می دارند. این امر فرکانس امواج گرانشی را افزایش می دهد و در نتیجه منجر به انتقال سریعتر تکانه زاویه ای می شود.

تا اینکه سرانجام سیاهچاله ها با هم برخورد کرده و ادغام می شوند، رویدادی که فرکانس بالاتری از امواج گرانشی ساطع می کند.

با این حال، انیشتین پیش‌بینی کرد که این امواج فضازمان بسیار ضعیف‌تر از آن هستند که هرگز قابل شناسایی نباشند، به ویژه به این دلیل که با انتشار در فضا و ادغام در سیاه‌چاله‌هایی که میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند، انرژی خود را از دست می‌دهند.

خوشبختانه اکنون می دانیم که اینشتین اشتباه می کرد.

از زمانی که رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) اولین سیگنال موج گرانشی را در سال 2015 کشف کرد که از ادغام یک سیاهچاله دوتایی در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از ما به دست آمد، بسیاری از چنین برخوردهای سیاهچاله ای کشف شده اند.

با این حال، این تشخیص ها یک ویژگی مشترک دارند. اگر سیاهچاله ها را نیز در نظر بگیریم، همیشه جفت سیاهچاله در محدوده جرم ستاره ای با جرم های بین سه برابر تا چند صد برابر خورشید وجود دارد. با آشکارسازهای امواج گرانشی زمینی مانند LIGO و نمونه های مشابه آن مانند VIRGO در ایتالیا و آشکارساز امواج گرانشی Kamioka در ژاپن، تشخیص ادغام سیاهچاله های بزرگ دشوار بوده است.

از آنجایی که گوش های ما برای شنیدن فرکانس های خاصی از صدا تکامل یافته اند، این ابزارها فقط می توانند محدوده فرکانس خاصی از امواج گرانشی را تشخیص دهند. امواج گرانشی ساطع شده از جفت چرخان سیاهچاله های عظیم فرکانس بسیار کمی دارند که آشکارسازهای امواج گرانشی زمینی قادر به شنیدن آن نیستند.

به عبارت دیگر، سیاهچاله های دوتایی با جرم ستاره ای سوپرانو می خوانند، در حالی که جفت های عظیم باریتون می خوانند.

محققان پیشنهاد می کنند که تغییر جزئی در امواج گرانشی ناشی از سیاهچاله های دوتایی با جرم ستاره ای را می توان به دلیل تداخل امواج گرانشی از ستارگان دوتایی پرجرم تر تشخیص داد.

بنابراین، این مدولاسیون‌های کوچک می‌توانند به آشکارسازی ادغام‌های سیاه‌چاله‌های بزرگ کمک کنند. استگمن می‌گوید: «جنبه جدید این ایده استفاده از فرکانس‌های بالا است که به راحتی قابل تشخیص هستند، به جای فرکانس‌های پایین‌تر که هنوز به آن‌ها حساس نیستیم».

این پیشنهاد همچنین می تواند به طراحی آشکارسازهای امواج گرانشی آینده، مانند فضاپیمای آینده ناسا و آنتن فضایی تداخل سنج لیزری آژانس فضایی اروپا (LISA) کمک کند.

تحقیقات این تیم روز دوشنبه (5 اوت) در مجله Nature منتشر شد.