امواج گرانشی از سیاه‌چاله‌های ستاره‌خوار شناسایی شدند

در زندگی یک اخترفیزیکدان لحظاتی وجود دارند که انگار مدت­هاست سر کار بوده! فرض کنید شما سال‌ها برای یک رویداد کیهانی عظیم صبر می‌کنید تا امواج شدیدی را از طریق بافت فضا زمان بفرستد و بعد دو مورد نزدیک، بلافاصله به هم می‌رسند.

سال‌ها پس از آن که دانشمندان جستجوی ارتعاشات در فضا زمان را که توسط آلبرت انیشتین پیش‌بینی شده بود، آغاز کردند، ردیاب‌های موج گرانشی در ایالات متحده و اروپا نخستین سیگنال‌ها از فروپاشی دو ستاره نوترونی به سیاه‌چاله‌ها را کشف کردند که صدها میلیون سال نوری از ما دورند.

دکتر «ویوین ریموند» در موسسه اکتشاف گرانش دانشگاه «کاردیف» می‌گوید: «در مورد اجرامی صحبت می‌کنیم که جرم آنها بیش از خورشید است و بلعیده شده‌اند. ما دوست داریم که ستاره‌های نوترونی از هم پاشیده و خرد شوند؛ چرا که در این صورت فرصت‌های زیادی برای بخش جذابی از فیزیک به وجود می‌آید. اما فکر می‌کنیم که این سیاه‌چاله‌ها به اندازه کافی بزرگ بودند که ستاره‌های نوترونی را کامل ببلعند.»

نخستین برخورد که «GW200105» نام دارد، در داده‌های ثبت شده در 5 ژانویه 2020 مشاهده شد. داده‌هایی که توسط «لیگو»، رصدخانه موج گرانشی با تداخل­‌سنج لیزری ایالات متحده ثبت شدند. امواج گرانشی که توسط این رویداد پراکنده شدند، نشان می­‌دهند که یک ستاره نوترونی با دو برابر جرم خورشید به سیاه‌چاله­‌ای با 9 برابر جرم خورشید سقوط کرده است. این امواج گرانشی با سرعت نور، که هنگام گذر از جهان فضا زمان را فشرده و منبسط می‌کنند، 900 میلیون سال طول کشیده تا به زمین برسند!

ده روز بعد لیگو و آشکارساز موج گرانشی «ویرگو» در ایتالیا دومین سیگنال متمایز را ثبت کردند. این سیگنال با نام «GW200115» هنگامی تولید شده که یک ستاره نوترونی 50 درصد پر جرم­تر از خورشید به سیاه‌چاله­‌ای با شش برابر جرم خورشید برخورد کرده است. این رویداد در فاصله یک میلیارد سال نوری، از اولی نیز دورتر است. جزئیات آن در «Astrophysical Journal Letters» منتشر شده است.

زمانی که ستاره­‌ها به انتهای عمر خود می­‌رسند و تحت جاذبه­ خودشان فرومی‌پاشند،­ سیاه‌چاله‌­ها و ستاره­‌های نوترونی از آنها باقی می­‌مانند. در برخی موارد آنها به صورت جفت در سامانه­‌های ستاره‌­ای­ دوتایی پدید می‌­آیند، به طوری که یکی به دور دیگری می­‌چرخد. ستارگان نوترونی از عجیب‌­ترین اجرام در جهانی که می­‌شناسیم هستند. با قطر تقریبی 30 کیلومتر، پوسته و هسته­ کریستالی دارند. آنها آن قدر چگالند که وزن یک قاشق چای­‌خوری از ستاره نوترونی به اندازه کوه اورست است.

امواج گرانشی به طور مداوم از زمین عبور می­‌کنند، اما لرزه­‌هایشان در فضا زمان بسیار ظریفتر از آن است که تشخیص داده شوند؛ مگر آنکه در اثر برخورد اجرام بسیار عظیم و پر جرم تحریک شوند. دانشمندان اولین بار در سال 2016 از کشف امواج گرانشی حاصل از برخورد دو سیاه‌چاله خبر دادند. از آن زمان امواج حاصل از ادغام ستاره­‌های نوترونی را نیز مشاهده کرده­‌اند و این اولین بار است که امواج گرانشی حاصل از برخورد ستاره­‌های نوترونی به سیاه‌چاله­‌ها ثبت می‌­شوند.

«چیس کیمبال»، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه «نورث وسترن» در «ایلینوی» می‌گوید: «با این رخدادها تصویر ادغام احتمالی میان سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را تکمیل کردیم. این به این معنی نیست که هیچ کشف جدیدی در زمینه امواج گرانشی باقی نمانده. منابع موج گرانشی زیادی مورد انتظارمان هستند که هنوز ثبت نشده‌اند؛ از امواج پیوسته ستاره‌های نوترونی که با سرعت می‌چرخند تا انفجارهای ابرنواخترهای نزدیک و من مطمئن هستم که جهان می‌تواند راه‌هایی برای شگفتی ما پیدا کند.»