راستش اگه فکر میکنی سیاهچالهها فقط تو فیلمای علمیتخیلی هستن، باید نظرت رو عوض کنی! دانشمندها به تازگی رکورد جدیدی رو تو دنیای سیاهچالهها ثبت کردن که واقعاً دهن آدم رو باز میذاره. ماجرا چیه؟ دو تا سیاهچالهی قولپیکر باهم برخورد کردن و یه سیاهچالهی تازه خلق کردن که جرمش چیزی حدود ۲۲۵ برابر خورشیده! یعنی تقریباً دو برابر رکورددار قبلی که سیاهچالهی حاصلش فقط ۱۴۲ برابر خورشید بود.
حالا این اتفاق کِی و کجا افتاده؟ دقیقاً مشخص نیست چه تاریخی این دو تا سیاهچاله برخورد کردن، اما محلش رو اطراف کهکشان راه شیری خودمون پیدا کردن. خود دانشمندها این رو با کمک یک تیم بزرگ بینالمللی به اسم LIGO-Virgo-KAGRA (یا به اختصار LVK) رصد کردن. این گروه چهارتا دتکتور مخصوص دارن که ماموریتشون کشف وقایع فاجعهبار کیهانیه از طریق امواج گرانشی. (امواج گرانشی یعنی همون موجهایی تو بافت فضا-زمان که انیشتین اولین بار وجودشون رو پیشبینی کرده بود. سال ۲۰۱۵ دتکتور LIGO برای اولین بار این امواج رو شناسایی کرد و چند سال بعد هم به خاطرش فیزیکدانها نوبل گرفتن!)
داستان هیجانانگیزش اینجاست که جرم این دو تا سیاهچالهای که برخورد کردن، یکی حدوداً ۱۰۰ برابر خورشید بوده و اون یکی حدود ۱۴۰ برابر خورشید. این رنج جرم، برای دانشمندها خیلی عجیب و خاصه! چرا؟ چون تو تئوریهای فعلی میگن اگه یه ستاره خیلی بزرگ باشه، موقع مردنش در یک انفجار ابرنواختری (Supernova، یعنی انفجار شدید یک ستاره در حال مرگ)، بیشتر جرمش به بیرون پرتاب میشه و اصولاً سیاهچالهای با این جرمها نباید درست شه. در واقع طبق حساب و کتابها، انتظار نمیره سیاهچالههایی بین ۶۰ تا ۱۳۰ برابر خورشید اصلاً ساخته بشن؛ حالا اینا دقیقاً تو همین بازه قرار دارن!
این ادغام غیرمنتظره میتونه مدرکی باشه برای وجود یه نوع سیاهچالهی نادر به اسم سیاهچالههای متوسط یا Intermediate-mass black holes. اینا بین کوچیکترین و غولپیکرترین سیاهچالهها قرار میگیرن و تا همین چند سال پیش اصلاً کسی مطمئن نبود چنین چیزی ممکنه وجود داشته باشه! دانشمندها فکر میکنن این سیاهچالههای متوسط از بهم چسبیدن چند سیاهچالهی کوچکتر به وجود میان، اما هنوز صددرصد مطمئن نیستن.
بیاید یه کم اطلاعات پایهتر بدیم: سیاهچالهها اصولاً از مرگ ستارههای بزرگ به دنیا میان. نوع معمولشون، که بهش میگیم سیاهچالههای ستارهای (stellar-mass black holes یعنی همونایی که جرمشون از دو سه برابر تا چند ده برابر خورشیده)، کم نیستن. اما یه دستهی دیگه هست به اسم “سیاهچالههای ابرپرجرم” (supermassive black holes، یعنی سیاهچالههایی که از صدهزار تا حتی ۵۰ میلیارد برابر خورشید جرم دارن! مثلاً یکی تو مرکز خود کهکشان راه شیریه). اما این وسط، نوع سومی هم نظریه میدن به اسم سیاهچالههای جرم متوسط که نمونههای تاییدشدهش خیلی خیلی کم پیدا شده.
حالا دانشمندها چطور فهمیدن این ادغام رخ داده؟ ماجرای جذابش اینجاست. همه چیز با چیزی شروع شد که در ۲۳ نوامبر ۲۰۲۳ توسط دتکتورای فوق پیشرفتهی LIGO مشاهده شد. این دتکتورا در لوئیزیانا و واشنگتن هستن و هرکدوم دوتا بازوی L شکل دارن به طول حدود ۴ کیلومتر (یا ۲.۵ مایل). تو هر بازو یه لیزر فوق دقیق دارن. فاز نور این لیزرا وقتی یه موج گرانشی از زمین رد میشه، خیلی کم تغییر میکنه؛ مثلاً یکی بازو جمع میشه و یکی باز میشه. همین تغییر ریز رو دانشمندها میگیرن و تحلیل میکنن تا بفهمن اون بیرون چه خبره!
این بار، سیگنالی که اومد خیلی پیچیده بود و از دو تا سیاهچالهی به شدت پرجرم و پرسرعت میاومد. مدلکردن این سیگنالها کار آسونی نیست، مخصوصاً اگه سیاهچالهها شدیداً در حال چرخش باشن (یعنی Spin بالایی داشته باشن). محاسبهکردن با معادلات انیشتین برای این مدلها خیلی سخت میشه و به همین خاطر تعیین دقیقِ جرم این سیاهچالهها کار آسونی نبود. دانشمندها خودشون هم میگن مدلهای مختلف، جوابهای مختلف میدن و واسه همین دقیق نمیدونن سایز کوچیکتر این سیاهچالهی جدید دقیقاً چقدره، اما قطعاً خیلی بزرگه!
این کشف بزرگ رو قراره تیم تحقیقاتی بین ۱۴ تا ۱۸ جولای تو کنفرانسی به اسم «کنفرانس بینالمللی نسبیت عام و گرانش» (یعنی GR24) و «کنفرانس ادوآردو آمالدی درباره امواج گرانشی» تو گلاسگوی اسکاتلند ارائه بدن.
در مجموع از سال ۲۰۱۵ که این دتکتورا شروع به کار کردن، حدود ۳۰۰ ادغام سیاهچالهای ثبت شده (تازه ۲۰۰ تاش فقط تو سری چهارم مشاهدهها بوده!). اما حالا دانشمندها یه نگرانی جدی دارن: بودجهی LIGO توسط بنیاد ملی علوم آمریکا تامین میشه، اما گفته میشه دولت ممکنه بودجهی یکی از دتکتورها رو قطع کنه و این یعنی کلی از این کشفهای مهم شاید دیگه ممکن نباشه! خود مدیر LIGO گفته اگه این بودجهها کم بشه، عملاً انگار دستشون بسته میشه.
در نهایت، این اتفاق یه گام بزرگ برای شناخت بهتر سیاهچالههای متوسط و کشف اسرار جهان ماست. اگه مدلها و دتکتورهای بیشتری درست بشه، شاید بازم از این برخوردهای عجیب و غریب ببینیم و بتونیم معماهای بیشتری رو حل کنیم. خلاصه که هنوز کلی سوال بیجواب داریم، ولی همین کشفیات نشون میده دنیای کیهان همیشه ما رو غافلگیر میکنه!
پینوشت: اگه دوست داری داستانای عجیبتر از دنیای فیزیک و گرانش بدونی، حتما یه سر به موضوعاتی مثل پروژه لیزری LISA (که میخواد ضعیفترین امواج گرانشی رو از فضا شکار کنه)، یا “سکوت مطلق”ی که دانشمندها برای رصد امواج گرانشی درست کردن، یا حتی ایده استفاده از لیزرها برای تشخیص تکنولوژیهای فضایی بیگانگان بزنی! دنیای علم، همیشه جذابتر از فیلمهای تخیلیه!
منبع: +
