موج کیهانی که حسگر‌ها را در زمین به لرزه درآورد

تصور کنید که انرژی هشت خورشید در یک لحظه رها شود. بزرگترین "موج ضربه‌ای" گرانشی‌ای که تا به امروز از ادغام دو سیاه‌چاله رصد شده است اینقدر قوی بود.

به گزارش بی بی سی، سیگنال این موج حدود ۷ میلیارد سال سفر کرده بود تا به زمین برسد، اما هنوز چنان قوی بود که سال گذشته حسگر‌های لیزری را در آمریکا و ایتالیا به لرزه انداخت.

پژوهشگران می‌گویند برخورد و ادغام این دو سیاه‌چاله به تشکیل جرم واحدی منجر شد ۱۴۲ برابر خورشید.

این مسئله مهمی است. دانشمندان از مدت‌ها پیش رد سیاه‌چاله‌هایی را در آسمان دنبال می‌کنند که یا جرمشان کمی از این کمتر است یا خیلی بیشتر. اکنون این مشاهده، مبنای تعریف نوع جدیدی از سیاه‌چاله‌ها قرار گرفته است، سیاه‌چاله‌های به اصطلاح متوسط با جرمی بین صد تا هزار خورشید.

این پژوهش جدیدترین محصول همکاری بین‌المللی دو نهاد لیگو و ویرگو است که سه سامانه فوق حساس ردیابی امواج گرانشی را در آمریکا و اروپا اداره می‌کنند.

سیاه‌چاله چیست؟

سیاه‌چاله جایی است در فضا که ماده به درون خود خود فروریخته است کشش گرانشی سیاه‌چاله چنان زیاد است که هیچ چیز، حتی نور، توان گریز از آن ندارد. سیاه‌چاله محصول مرگ انفجاری نوع خاصی از ستاره‌های عظیم است جرم بعضی از سیاه‌چاله‌ها میلیارد‌ها برابر جرم خورشید است. مشخص نیست سیاه‌چاله‌های عظیم در مرکز کهکشان‌ها چطور ایجاد شده‌اند سیاه‌چاله‌ها از روی تاثیری که بر اطرافشان می‌گذارند شناسایی می‌شوند وقتی دو سیاه‌چاله به سمت هم مارپیچی حرکت می‌کنند تا با هم یکی شوند امواج گرانشی قابل‌مشاهده تولید می‌شود.

تداخل‌سنج‌های لیزری لیگو و ویرگو، لرزش‌های فضا-زمان را که ناشی از رویداد‌های واقعا عظیم کیهانی‌اند به اصطلاح "می‌شوند". همه آن‌ها ۳۱ اردیبهشت ۱۳۹۸ (۲۱ می ۲۰۱۹) سیگنال سریعی را که تنها یک‌دهم ثانیه طول کشید حس کردند.

تحلیل‌های رایانه‌ای نشان داد که منبع این موج مرحله نهایی ادغام دو سیاه‌چاله بود، یکی با جرمی ۶۶ برابر خورشید و دیگری با جرمی ۸۵ برابر خورشید. طبق محاسبه، این ادغام در فاصله ۱۵۰ میلیارد تریلیون کیلومتری ما رخ داده بود.

پروفسور نلسون کریستنسن از رصدخانه کوت دازور فرانسه به بی‌بی‌سی گفت: "واقعاحیرت‌انگیز است. این موج هفت میلیارد سال منتشر می‌شده. یعنی این اتفاق 'درست قبل از نیمه' عمر دنیا رخ داده و حالا به شکل مکانیکی حسگر‌های ما را در زمین تکان داده است. "

رصدخانه ویرگو در استان پیزای ایتالیا قرار دارد

امواج گرانشی؛ چین‌خوردگی در فضا-زمان

نظریه نسبیت عام وجود موج گرانشی را پیش‌بینی کرده بود. رسیدن به فناوری مناسب برای تشخیص مستقیم این امواج چند دهه طول کشید، موج گرانشی چین‌خوردگی بافت فضا-زمان و محصول رویداد‌های عظیم کیهانی است. اجرام شتاب‌دار امواجی ایجاد می‌کنند که با سرعت نور منتشر می‌شوند. از منایع قابل‌رصد موج گرانشی می‌توان به ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی اشاره کرد. در رصدخانه‌های لیگو-ویرگو، پرتو لیزر را در تونلی‌هایی طویل به شکل L شلیک می‌کنند. موج گرانشی این پرتو لیزر را مختل می‌کند و وجودش شناسایی می‌شودتشخیص این امواج امکان می‌دهد دنیا را از زوایای کاملا جدیدی بررسی کنیم

این سیاه‌چاله با جرمی ۸۵ برابر خورشید، توجه دانشمندان را جلب کرده است، چرا که دانش ما از روند شکل‌گیری سیاه‌چاله پس از مرگ یک ستاره، نمی‌تواند سیاه‌چاله‌ای با این اندازه را توضیح دهد.

بعد از اتمام سوخت هسته‌ای در ستاره‌هایی که به قدر کافی بزرگند، مرکز آن‌ها با انفجاری در خود فرو‌می‌ریزد و سیاه‌چاله شکل‌می‌گیرد. اما بر اساس آنچه دانش فیزیک از تحولات درون ستاره‌های عظیم و شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها می‌گوید، تشکیل سیاه‌چاله‌هایی با جرم ۶۵ تا ۱۲۰ برابر خورشید غیرممکن است. ستاره‌هایی که پس از مرگ به چنین اجرامی تبدیل شوند در عمل دچار گسست کامل می‌شوند و چیزی از آن‌ها باقی نمی‌ماند.

اگر دانش ما درست باشد، محتمل‌ترین توضیح برای وجود سیاه‌چاله‌ای با جرمی ۸۵ برابر خورشید این است که خود این سیاه‌چاله محصول ادغام سیاه‌چاله‌های دیگری بوده است.

پروفسور مارتین هندری استاد دانشگاه گلاسکو معتقد است این یافته می‌تواند پیامد‌های بسیاری برای درک روند تکامل دنیا داشته باشد.

این کشف احتمال وجود سلسله مراتبی در شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها را مطرح می‌کند، از کوچک به بزرگ‌تر

به گفته او "ما داریم درباره سلسله مراتب ادغام صحبت می‌کنیم، راهی احتمالی برای شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های بزرگتر و بزرگتر. این سیاه‌چاله با جرم ۱۴۲ خورشید، شاید بعد با سیاه‌چاله‌های خیلی بزرگتری ادغام شده باشد، یعنی بخشی از روندی که به شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های غول‌پیکری منجر می‌شود که ما حدس می‌زنیم در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند. "

نتیجه این پژوهش جدید قرار است در دو مقاله علمی منتشر شود؛ یکی به توصیف این کشف و دیگری به خصوصیات فیزیکی این موج و پیامد‌های علمی آن خواهد پرداخت.

سیگنال این موج یکی از ۵۰ سیگنالی است که در حال حاضر در آزمایشگاه‌های لیگو-ویرگو در دست مطالعه‌اند. این همکاری بین‌المللی نخستین بار در سال ۲۰۱۵ موفق به شناسایی امواج گرانشی شد و به همین خاطر جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۷ را نیز کسب کرد.

رصدخانه‌های لیزری ردیابی امواج گرانشی مرتب حساسیت حسگر‌های خود را بالا می‌برند

پروفسور آلساندرا بونانو، مدیر موسسه فیزیک گرانشی مکس پلانک در پوتسدام آلمان، به بی‌بی‌سی گفت: "ما داریم حساسیت حسگر‌ها را بالا می‌بریم و ممکن است حتی بیش از یک مورد را در روز شناسایی کنیم. باران سیاه‌چاله خواهد بارید. این زیبا است، چون چیز‌های بسیار بیشتری راجع به سیاه‌چاله‌ها خواهیم آموخت. "

پرتو لیزر به درون این ماشین تابیده و بعد به دو قسمت می‌شود و هر یک در مسیری جداگانه حرکت می‌کند. این دو پرتو بین آینه‌هارفت و برگشت می‌کنند؛ این دو پرتو مجددا با یکدیگر ترکیب و به یک حسگر فرستاده می‌شوند. عبور امواج گرانشی از داخل این آزمایشگاه باید قاعدتا این چیدمان را مختل کنند بر اساس نظریه، این امواج باید فضا را در آزمایشگاه بسیار ظریف بکشند و بفشارند، این اتفاق باید خودش را به صورت تغییر طول بازوی ذخیره نور نشان دهد. حسگر نوری این سیگنال را در پرتویی که مجددا ترکیب شده است شناسایی می‌کند.