آشکارسازهای امواج گرانشی بزرگترین کشف خود تابه امروز را انجام داده‌اند

برداشت هنری از برخورد دو سیاهچاله

رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی (لایگو) و آشکارساز ویرگو با هم بزرگ‌ترین کشف خود تا به امروز را انجام داده‌اند. آنها دو سیاهچاله‌ی بزرگ را دیده‌اند که به هم برخورد کرده و سیاهچاله‌ای به جرم ۱۴۲ برابر خورشید را پدید آورده‌اند، بزرگ‌ترین سیاهچاله‌ای که تاکنون با بهره از امواج گرانشی یافته شده.

ما تاکنون شواهد سرراست (مستقیم) از سیاهچاله‌هایی کوچک‌تر و همچنین بزرگ‌تر از این را یافته‌ایم: سیاهچاله‌های ستاره‌ای که از مرگ ستارگان پدید می‌آیند و می‌توانند چند ده برابر خورشید جرم داشته باشند، و ابرسیاهچاله‌ها (سیاهچاله‌های کلان‌جرم) که دستکم میلیون‌ها برابر خورشید جرم دارند و جایشان در مرکز کهکشان‌هاست. این نخستین تایید سرراست از یک سیاهچاله‌ی میان‌جرم است.

نلسون کریستینسن، یکی از اعضای گروه لایگو از رصدخانه‌ی نیس فرانسه می‌گوید: «برای ستاره‌ای با جرم حدود ۶۰ تا ۱۳۰ برابر خورشید ناممکن است که به سیاهچاله تبدیل شود، چنین ستاره‌ای خود را می‌ترکاند [و به کلی-م] از هم می‌پاشد. بر پایه‌ی نظریه‌ی اخترفیزیکدانان، ما سیاهچاله‌ای در این شکاف جرمی [میان سیاهچاله‌ی ستاره‌ای و ابرسیاهچاله] را نباید پیدا کنیم، ولی ما دستکم یکی و شاید دو نمونه پیدا کرده‌ایم.»

لایگو از دو آشکارساز غول‌پیکر L-مانند در آمریکا درست شده و ویرگو هم آشکارسازی در ایتالیا است. هنگامی که اجرام بزرگ در فضا جابجا می‌شوند، موج‌هایی به نام امواج گرانشی در بافت فضازمان پدید می‌آورند که هر چیزی سر راهشان است را کشیده و فشرده می‌کنند، و این آشکارسازها از همین کشش و فشار برای شناسایی چیزی که این موج‌ها را پدید آورده بهره می‌گیرند.

برداشت هنری از برخورد دو سیاهچاله که برخوردشان در ۲۱ می ۲۰۱۹ ردیابی شده بود، و دستاورد پایانی برخورد آنها- تصویر بزرگ‌تر

در روز ۲۱ می ۲۰۱۹، هر دوی این آشکارسازها امواج گرانشی از یک جفت سیاهچاله به جرم‌های ۶۵ و ۸۵ برابر خورشید را شناسایی کردند که مارپیچ‌وار به هم نزدیک شده و با هم ادغام شده بودند. دستاورد این برخورد سهمگین یک تک-سیاهچاله به جرم ۱۴۲ برابر خورشید بود، با ۸ جرم خورشیدیِ دیگر که تبدیل به موج گرانشی شد [رویدادی که جی‌دبلیو۱۹۰۵۲۱ نام گرفته و درباره‌اش در این نوشتار خوانده بودید: "تابش نور در پی برخورد دو سیاهچاله"].

به گفته‌ی کریستینسن، این بدان معناست که آن دو سیاهچاله احتمالا از ستارگان پدید نیامده بوده‌اند، بلکه خودشان سیاهچاله‌هایی از نسل دوم بوده و از ادغام دو سیاهچاله‌ی کوچک‌تر پدید آمده بوده‌اند.

وی می‌گوید: «[تاکنون] شواهد نامستقیم برای سیاهچاله‌های میان‌جرم یافته شده، ولی این رصدِ واقعی رویدادیست که به طور قطع بالای ۱۰۰ جرم خورشیدی است. این تاییدی بر وجود سیاهچاله‌های میان‌جرم است.»

ما شاید بتوانیم جایی که این سیاهچاله در آنست را هم پیدا کنیم. اندکی پس از آن که لایگو و ویرگو ادغام را ردیابی کردند، تاسیسات اجرام گذرای زوییکی (زی‌تی‌اف) در کالیفرنیا فورانی از نور را در کهکشانی نزدیک به جایی که بر پایه‌ی سنجش‌های امواج گرانشی، ادغام درآن رخ داده بود شناسایی کردند.

این فوران نور از نزدیک مرکز کهکشان می‌آمد، جایی که یک قرص چگال از ماده به گرد یک ابرسیاهچاله می‌چرخد [خلاصه جایی نزدیک قرص برافزایشیِ یک ابرسیاهچاله-م]. از آنجا چنین مناطقی بسیار شلوغند، انتظار می‌رود اجرام بسیاری، از جمله سیاهچاله‌ها که به گرد مرکز کهکشان می‌چرخند در آنجا به هم برخورد کنند، این را مایکل کاگلین از دانشگاه مینه‌سوتا که عضو تیم زی‌تی‌اف بود می‌گوید. سپس، هنگامی که سیاهچاله‌ی پایانی در این قرص جابجا می‌شود، به مواد دیگر کوبیده شده و شراره‌ای پدید می‌آورد [در پی ادغام آن دو سیاهچاله، سیاهچاله‌ی پدید آمده یک دم دستخوش یک تکان ناگهانی شده و به سویی پرتاب شده بوده. احتمالا این سیاهچاله در اثر این لگد در این قرص گازی جابجا شده و همین به گسیلش نور انجامیده-م].

این نمودار برخوردهای سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی که تا به امروز با بهره از امواج گرانشی دیده شده‌اند را نشان می‌دهد. رویداد جی‌دبیلیو۱۹۰۵۲۱ که بالای مرکز نشان داده شده، دستاوردش بزرگترین سیاهچاله در میان همه بوده است

کاگلین می‌گوید: «در این برآورد کمی تردید هست: فاصله‌ها همخوانی دقیق ندارند و جایگاه‌ها روی لبه‌اند. ولی این چیز [سیاهچاله‌ی پایانی] باز هم جابجا خواهد شد، بنابراین باید شراره‌ی دیگری تولید کند که می‌تواند نشانه‌ای بارز برایمان باشد.»

گزارش این دانشمندان در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده و نگارش برخط آن هم در نشریه‌ی arxiv در دسترس است.


--------------------------------------------
تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:
Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory - LIGO - Virgo - black hole - sun - gravitational wave - stellar-mass black hole - GW190521 - star - supermassive black hole - galaxy - intermediate-mass black hole - Nelson Christensen - Observatory of Nice - France - US - Italy - Zwicky Transient Facility - ZTF - California - Michael Coughlin - University of Minnesota - Physical Review Letters - arxiv

منبع: نیوساینتیست
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان