اكتشف العلماء موجات الجاذبية الناجمة عن حدث اندماج الثقب الأسود، مما يشير إلى أن الثقب الأسود الناتج استقر في شكل كروي مستقر. وتكشف هذه الموجات أيضًا أن الثقب الأسود المركب قد يكون أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.
عندما تم اكتشافه لأول مرة في 21 مايو 2019، كان يُعتقد أن حدث موجة الجاذبية المعروف باسم GW190521 قد جاء من اندماج بين اثنين من النجوم. الثقوب السوداءأحدهما تعادل كتلته ما يزيد قليلاً عن 85 شمسًا والآخر تعادل كتلته حوالي 66 شمسًا. يعتقد العلماء أن الاندماج أدى إلى خلق ما يقرب من 142 الكتلة الشمسية ابنة الثقب الأسود.
ومع ذلك، يبدو أن اهتزازات الزمكان التي تمت دراستها حديثًا من الثقب الأسود الناتج عن الاندماج، والتي تموج نحو الخارج مع تحول الفراغ إلى شكل كروي مناسب، تشير إلى أنه أكثر ضخامة مما كان متوقعًا في البداية. وبدلاً من أن تبلغ كتلته 142 كتلة شمسية، تشير الحسابات إلى أن كتلته يجب أن تعادل حوالي 250 مرة كتلة الشمس. الشمس.
هذه النتائج يمكن أن تساعد العلماء في النهاية على إجراء اختبارات أفضل النسبية العامة, البرت اينشتايننظرية عام 1915 جاذبيةالذي قدم لأول مرة مفهوم موجات الجاذبية والثقوب السوداء. يقول ستيفن جيدينجز، عالم الفيزياء النظرية بجامعة كاليفورنيا: «إننا نستكشف بالفعل حدودًا جديدة هنا». قال في بيان.
متعلق ب: كيف تقترب الثقوب السوداء الراقصة بدرجة كافية للاندماج
موجات الجاذبية والنسبية العامة
تتنبأ النسبية العامة بأن الأجسام ذات الكتلة تشوه نسيجها ذاته فضاء والزمن – متحدان ككيان واحد رباعي الأبعاد يسمى “الزمكان” – وتلك “الجاذبية” كما ندركها تنشأ من الانحناء نفسه.
تمامًا كما تسبب كرة البولينج الموضوعة على لوح مطاطي مشدود “انبعاجًا” أكثر تطرفًا من كرة التنس، فإن الثقب الأسود يسبب انحناءًا في الزمكان أكثر مما يسببه النجم، ويسبب النجم انحناءًا أكثر من الكوكب. في الواقع، الثقب الأسود، في النسبية العامة، هو نقطة من المادة شديدة الكثافة لدرجة أنها تسبب انحناءًا شديدًا في الزمكان، عند حدود تسمى أفق الحدث، حتى الضوء ليس بالسرعة الكافية للهروب من الانبعاج الداخلي.
ومع ذلك، فإن هذا ليس التنبؤ الثوري الوحيد للنسبية العامة. وتنبأ أينشتاين أيضًا أنه عندما تتسارع الأجسام، فإنها يجب أن تحدد نسيج الزمكان ذاته الذي يرن بتموجات تسمى موجات الجاذبية. ومرة أخرى، كلما كانت الأجسام المعنية أكثر ضخامة، كلما كانت هذه الظاهرة أكثر تطرفًا. وهذا يعني أنه عندما تلتف الأجسام الكثيفة مثل الثقوب السوداء حول بعضها البعض، وتتسارع باستمرار بسبب حركتها الدائرية، فإن الزمكان يرن حولها مثل الجرس المقرع، ويطن مع موجات الجاذبية.
هذه التموجات في الزمكان تحمل الزخم الزاوي من الثقوب السوداء المتصاعدة، وهذا بدوره يتسبب في تشديد المدارات المتبادلة للثقوب السوداء، مما يؤدي إلى جمعها معًا وزيادة تردد موجات الجاذبية المنبعثة. تقترب الثقوب السوداء أكثر فأكثر، وتندمج أخيرًا، لتشكل ثقبًا أسودًا جديدًا وترسل “زقزقة” عالية التردد من موجات الجاذبية يتردد صداها عبر الكون.
ولكن كان هناك شيء واحد أخطأ فيه أينشتاين بشأن موجات الجاذبية. اعتقد الفيزيائي العظيم أن هذه التموجات في الزمكان ستكون باهتة جدًا لدرجة أنه لن يتم اكتشافها هنا أبدًا أرض بعد السفر عبر الكون لملايين أو حتى مليارات السنين الضوئية.
ومع ذلك، في سبتمبر 2015، تم الكشف عن الكاشفين التوأمين لـ مرصد موجات الجاذبية بمقياس التداخل بالليزر وأظهر (LIGO) ومقره واشنطن ولويزيانا أن أينشتاين كان مخطئًا. اكتشفوا GW150914، وهي موجات الجاذبية المرتبطة باندماج الثقوب السوداء الموجودة على بعد حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية بعيد. تم اكتشاف إشارة موجة الجاذبية كتغير في طول أحد أذرع الليزر الطويلة الخاصة بمرصد LIGO والتي يبلغ طولها 2.5 ميل (4 كيلومترات)، أي ما يعادل جزءًا من الألف من عرض الكرة. بروتون.
ومن اللافت للنظر أنه منذ ذلك الحين، اكتشف مرصد ليجو وزملاؤه من أجهزة كشف موجات الجاذبية، فيرجو في إيطاليا، وكاجرا في اليابان، العديد من الأحداث المماثلة، ووصلوا إلى النقطة التي يكتشفون فيها حدثًا واحدًا لموجة الجاذبية كل أسبوع. وعلى الرغم من أنه حتى من بين هذه الوفرة من اكتشافات موجات الجاذبية، فإن GW190521 يبرز.
حدث خاص لموجة الجاذبية
كان تردد اندماج الثقبين الأسودين خلف إشارة GW190521، اللذين يقعان على بعد 8.8 مليار سنة ضوئية من الأرض، منخفضًا جدًا لدرجة أنه فقط خلال المدارين الأخيرين للثقبين الأسودين أصبح التردد مرتفعًا بما يكفي لرصد الثقبين الأسودين. الوصول إلى حدود حساسية LIGO وVirgo.
أراد الفريق الذي يقف وراء هذا التحقيق الجديد – والذي ليس جزءًا من تعاون LIGO/Virgo – معرفة المعلومات حول التصادم العنيف واندماج هذه الثقوب السوداء التي قد تكون محجوبة في هذه الإشارة.
ووجدوا أنه في اللحظة التي اصطدم فيها الثقبان الأسودان، تم إنشاء الثقب الأسود الناتج بشكل غير متوازن. تكون الثقوب السوداء مستقرة فقط عندما يكون لها شكل كروي، مما يعني أنه في غضون أجزاء من الثانية من الاندماج، يجب على الثقب الأسود الابن أن يتخذ شكل كرة.
وكما يحدد شكل الجرس التردد الذي يرن به، قال الفريق إنه مع تغير شكل هذا الثقب الأسود الجديد واستقراره، تغيرت ترددات موجات الجاذبية التي يصدرها. تحتوي هذه الموجات الثقالية “الحلقية السفلية” على معلومات حول كتلة الثقب الأسود الابن وكذلك معدل دورانه.
قصص ذات الصلة:
– تصادم الثقوب السوداء “حلقة” عبر الزمكان مع تموجات موجات الجاذبية
– يمكن للثقوب السوداء المتصادمة أن تختبئ في ضوء النجوم الزائفة فائقة السطوع
– تم رصد ثقبين أسودين مندمجين هائلين عند “الظهيرة الكونية” في بداية الكون
وهذا يعني أن موجات الجاذبية الناتجة عن هذا الاندماج تقدم للعلماء طريقة بديلة لقياس خصائص الثقوب السوداء المندمجة، على عكس الطريقة التقليدية لاستخدام موجات الجاذبية التي تنشأ أثناء عملية التصاعد.
وجد الفريق ترددين حلقيين منفصلين في إشارة موجة الجاذبية GW190521، والتي، عند النظر إليها معًا، تعطي الثقب الأسود الناتج كتلة تبلغ 250 كتلة شمسية. وهذا يعني أنها أكبر بكثير مما تم تقديره باستخدام موجات الجاذبية المتصاعدة. كان اكتشاف موجات الجاذبية هذه صادمًا حتى للفريق الذي يقف وراء هذه النتائج.
وقال بدري كريشنان، المؤلف المشارك للبحث والفيزيائي في جامعة رادبود: “لم أعتقد أبدًا أنني سأرى مثل هذا القياس في حياتي”.
تم تفصيل بحث الفريق في ورقة بحثية نُشرت في 28 نوفمبر في المجلة رسائل المراجعة البدنية.