زمینهای بر شناسایی امواج گرانشی و ادغام سیاهچالهها
شناسایی و مطالعه امواج گرانشی یکی از زمینههای پیشرو در اخترفیزیک نوین است که امکان بررسی پدیدههای پرانرژی و رمزآلود مانند ادغام سیاهچالهها و ستارگان نوترونی را مهیا ساخته است. اخیراً فیزیکدانان فعال در پروژه مشترک LIGO/Virgo/KAGRA موفق به ثبت سیگنال امواج گرانشی با شناسه GW231123 شدند؛ رویدادی که نمایانگر عظیمترین ادغام ثبتشده دو سیاهچاله در تاریخ علم است و منجر به تشکیل سیاهچالهای با جرمی حدود ۲۲۵ برابر خورشید گردید. این کشف بزرگ در جریان کنفرانس ادوآردو آمالدی در گلاسگو معرفی شد.
دستگاه و فناوری پشت کشف: سامانههای LIGO، ویرگو و KAGRA
پروژه بینالمللی LIGO/Virgo/KAGRA با هدف شناسایی امواج گرانشی ناشی از برخورد و ادغام اجرام ستارهای عظیم در کیهان از فناوری تداخلسنجی لیزری بسیار پیشرفته بهره میبرد. در این روش، پرتوهای پرقدرت لیزر برای اندازهگیری تغییرات بسیار کوچک فاصله میان آینههای دور از هم (در فاصله چند کیلومتری) استفاده میشوند. LIGO دو آشکارساز در هانفورد (واشنگتن) و لیوینگستون (لوئیزیانا) ایالات متحده دارد. آشکارساز پیشرفته “ویرگو” از سال ۲۰۱۶ در ایتالیا فعال شد و KAGRA نخستین رصدخانه امواج گرانشی آسیا و اولین رصدخانه زیرزمینی است که در ژاپن ساخته شده. هماکنون نیز ساخت LIGO-India در جریان است و انتظار میرود پس از سال ۲۰۲۵ به بهرهبرداری برسد.
دستاوردهای مهم پروژه و جایگاه رویداد GW231123
از زمان نخستین کشف تاریخی امواج گرانشی، این گروه علمی دهها رویداد ادغام سیاهچاله و ستاره نوترونی را ثبت کرده است. اکتشافات اولیه عمدتاً شامل جفتهایی از سیاهچاله یا جفت ستارههای نوترونی بود. اما در سالهای اخیر، ثبت ادغامهای “ترکیبی” از نوع سیاهچاله-ستاره نوترونی و نیز رویدادهایی با جرمهای حدواسط مرزهای دانش را گسترش داده است.
در چهارمین سری مشاهداتی این همکاری علمی، ادغام GW231123 ثبت شد که نسبت به رکورد قبلی GW190521 (که در آن سیاهچالهای با جرم ۱۴۰ برابر خورشید تشکیل شده بود) بسیار عظیمتر است. در این رویداد، دو سیاهچاله با جرمهای تقریبی ۱۰۰ و ۱۴۰ برابر جرم خورشید به یکدیگر پیوستند. به دلیل سرعت چرخش فوقالعاده بالای این اجرام (در آستانه محدودیتهای نسبیت عام)، تجزیه و تحلیل سیگنال و تأیید کامل آن زمانبر بود.
اهمیت علمی و چالشهای نظری این کشف
کشف این ادغام عظیم نه تنها رکوردی نوین به ثبت رساند، بلکه نظریههای پذیرفتهشده درباره تکامل ستارهای را با ابهام مواجه کرده است، زیرا ویژگیهای سیاهچالههای پیشینی با مدلهای رایج انفجار ابرنواختر سازگار نیست. دانشمندان احتمال میدهند مشابه رویداد پیشین (GW190521)، حادثه GW231123 نیز حاصل “ادغام سلسلهمراتبی” باشد، بدین معنا که هر یک از سیاهچالههای اولیه خود نتیجه ادغامهای قبلی بودهاند.
اد پورتر از مرکز ملی پژوهشهای علمی فرانسه (CNRS) در این خصوص توضیح داد: «کشف سامانهای با این جرم و چرخش بسیار بالا، نه تنها تحلیل دادهها را با چالش جدی روبرو میکند، بلکه برای سالهای آینده تأثیر عمیقی بر مدلسازی ریاضی شکلگیری سیاهچالهها و موجهای گرانشی خواهد داشت.»
افقهای پیش رو و توسعه فناوریهای کیهانی
با گسترش دامنه رصدخانههای امواج گرانشی و راهاندازی آشکارسازهای جدید از جمله LIGO-India، ظرفیت دانشمندان برای فهم رفتار ماده در شرایط افراطی گسترش مییابد. همچنین، شناسایی اجرام با جرم میانی (سنگینتر از ستاره نوترونی و سبکتر از سیاهچاله کلاسیک) زمینه را برای بازنویسی مدلهای تکامل کیهانی فراهم کرده است. پیشبینی میشود با ارتقاء تجهیزات و روشهای تحلیل داده، اکتشافات آینده جزییات بیشتری از ماهیت سیاهچالهها، نحوه ادغام آنها و منشاء پیدایش اجرام کیهانی به دست دهد.
جمعبندی
کشف ادغام بیسابقه دو سیاهچاله فوقجرم توسط گروه علمی LIGO/Virgo/KAGRA نه تنها افقهای جدیدی در مطالعه امواج گرانشی و اخترفیزیک باز کرده، بلکه چالشهای مهمی را پیشروی تبیین فرایندهای شکلگیری سیاهچاله قرار داده است. این یافتهها ضمن غنیسازی دانش بشر درباره دینامیک کیهان، مسیر پژوهشهای آینده پیرامون منشاء، توزیع و تکامل اجرام نجومی سنگین را روشن میسازد.