نشانههای غیرمعمول در «همهمه» پسزمینهی ایجاد شده توسط برخورد دو سیاهچاله ممکن است نخستین شواهد رصدی از یک سامانه سهگانه (trinary) ستارهای را نشان دهد. تحلیل جدیدی از دادههای همکاری LIGO-Virgo-KAGRA روی رخداد GW190814 نشان میدهد که این برخورد در سال 2019 حاوی نوعی شتابِ غیرعادی در راستای دید بوده که میتواند وجود یک سیاهچاله سوم را فرض کند.
تحلیل دادهها و مدلسازی
روششناسی و یافتهها
گروهی به سرپرستی Shu-Cheng Yang و با مشارکت دیگر پژوهشگران مؤسسهی علوم چین، دادههای موج گرانشی را بازنگری کردند. ایدهی کلیدی این بود که اگر یک جفت سیاهچاله حول یک جرم سوم سنگینتر در گردش باشند، حرکت مداریِ دوتایی باعث ایجاد شتابی در راستای دید میشود که در سیگنال موج گرانشی قابل شناسایی است. مدلهای آنها نشان میدهد مقدار شتاب مشاهدهشده حدود 0.0015 برابر سرعت نور در خلأ بوده و با حدود 90 درصد اطمینان میتواند نشانگر وجود یک جسم فشردهی سوم باشد.
پیامدهای اخترفیزیکی
تشکیل سیاهچالهها و «مرتبسازی سلسلهمراتبی»
از زمان نخستین آشکارسازی موج گرانشی در 2015، نزدیک به 300 برخورد ثبت شده است. از طریق تحلیل طیف فرکانسی و الگوی موج میتوان جرمهای دخیل را تخمین زد و سناریوهای تشکیل را بررسی کرد. واژهی hierarchical mergers به مجموعهای از برخوردها اشاره دارد که در آن سیاهچالههای کوچکتر طی چند برخورد به سیاهچالههای سنگینتر تبدیل میشوند؛ وجود یک سیاهچالهی بیش از حدِ جرمِ مرسوم هنگام تولد معمولاً نشانهای از یک برخورد قبلی است.
در مورد GW190814 اما یکی از اجزا فقط 2.6 برابر جرم خورشید است که نزدیک به مرز میان سیاهچالهها و ستارههای نوترونی قرار دارد، و دیگری حدود 23 جرم خورشیدی است؛ نسبت جرمیای که با پیشبینیهای استاندارد تکامل ستارگان همخوانی ندارد. از این رو سناریوی سهتایی میتواند توضیحدهندهی یک گذشتهی پیچیده باشد که تحت تأثیر یک جسم سوم سنگینتر شکل گرفته است.
فناوری و ابزارِ ردیابی موج گرانشی
ویژگیهای کلیدی آشکارسازها
سیستمهای LIGO، Virgo و KAGRA متکی بر اینترفرومتری لیزری با حساسیت بسیار بالا هستند. برخی ویژگیهای فنی مهم عبارتاند از:
- بازوی طولانی اینترفرومتر برای افزایش تفکیک فرکانسی.
- عایقسازی لرزهای و کنترل نویز پایین فرکانس.
- فناوری فشار کوانتومی (quantum squeezing) برای کاهش نویز فوتونی.
- آشکارسازهای فوتونیک و الکترونیک با پهنای باند گسترده برای ثبت دقیق موج.
- خطوط تولید داده و پایپلاینهای تحلیل بلادرنگ (real-time) برای اطلاعرسانی سریع جامعهی علمی.
این قابلیتها و همچنین استفاده از روشهای نوین پردازش سیگنال و یادگیری ماشین (machine learning) در خوشهبندیِ سیگنالها و حذف نویز، امکان آشکارسازی نشانههای ظریف مانند شتاب خط دید را فراهم میسازند.
مقایسه، مزایا و محدودیتها
مقایسه: باینری در برابر ترینری
- در سامانههای باینری ساده، الگوی موج گرانشی غالباً با دو پارامتر جرم و اسپین توصیف میشود؛ اما در حضور جسم سوم، پارامترهای مداری اضافی (مانند شتاب خط دید و پریود گردشِ سهگانه) لازم است.
- تشخیص ترینری نیازمند حساسیت بالاتر و تحلیل دقیقتر داده است؛ از طرفی، موفقیت در شناسایی ترینریها دریچهای نو به سمت فهم مسیرهای تشکیل پیچیده است.
مزایا:
- ارتقای درک ما از مسیرهای تشکیل سیاهچالهها و فیزیک ستارهای.
- انگیزهبخش پیشرفت در فناوری آشکارسازها، پردازش سیگنال و محاسبات با کارایی بالا (HPC).
محدودیتها:
- احتمال بروز خطا و تفسیرهای جایگزین که نیازمند دادههای بیشتر و تایید مستقل است.
موارد استفاده، کاربردها و اهمیت بازار
این یافتهها فقط برای اخترفیزیک معنا ندارند؛ بازار فناوری مرتبط نیز تحت تأثیر خواهد بود:
- دادهکاوی و الگوریتمهای یادگیری عمیق برای تحلیل موج گرانشی میتوانند به محصولات نرمافزاری تجاری تبدیل شوند.
- سیستمهای اندازهگیری دقیق و تکنولوژیهای کوانتومی مورد استفاده در آشکارسازها قابلیت کاربرد در حوزههایی چون سنجش لرزهای، مخابرات و متrology صنعتی دارند.
- افزایش نیاز به زیرساختهای محاسباتی (سرورهای HPC و خدمات ابری تخصصی) برای پردازش دادههای عظیم رصدی.
- بازار تجهیزات آزمایشگاهی فوقدقیق، حسگرها و اپتیک پیشرفته ممکن است رشد سرمایهگذاری را تجربه کند.
نتیجهگیری و انتظارها
اگر تأیید شود که GW190814 در قالب یک سامانه سهتایی رخ داده، این کشف میتواند الگوهای جدیدی را دربارهی فرایندهای تشکیل سیاهچالهها و رخدادهای مرگ ستارگان بگشاید. نوبت راندِ بعدی رصد LIGO-Virgo-KAGRA وعدهی حجم عظیمی از دادههای تازه را میدهد — دادههایی که نه تنها دنیای اخترفیزیک را پیش میرانند، بلکه فرصتی برای توسعهی فناوری، نرمافزارهای تحلیلی و بازارهای مرتبط فراهم میکنند. با پیشرفت ابزارهای پردازش سیگنال و یادگیری ماشین، انتظار میرود تدوین روشهای جدیدِ آشکارسازی و بازشناسی ساختارهای چندجسمی در امواج گرانشی شتاب بگیرد.
در نهایت، این یافته میتواند نقطهی آغازی برای درک پیچیدگیهای مداری در کیهان باشد و نشان دهد که برخوردهای سیاهچالهای ممکن است در محیطهای پویاتر و پیچیدهتری نسبت به آنچه تاکنون تصور میشد اتفاق بیفتند.