کشف محدوده سرعت جدید برخورد سیاه‌چاله‌ها که می‌تواند به تحول قوانین فیزیک منجر شود

پژوهشگران محدوده سرعت جدیدی برای شدیدترین برخوردهای کیهان را پیدا کرده‌اند. طبق پژوهشی جدید، بیشینه سرعت پس‌زنی برای برخورد سیاه‌چاله‌ها می‌تواند از ۲۸ میلیون متر بر ثانیه بیشتر باشد. این مقدار تقریباً برابر با یک‌دهم سرعت نور است.

پژوهشگران نتایج این مطالعه را در ژورنال Physical Review Letters منتشر کرده‌اند. بیشینه سرعت سیاه‌چاله‌ها در لحظه برخورد رخ می‌دهد. پس از این لحظه، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند در یک سیاه‌چاله با هم ادغام یا از هم دور شوند.

امواج گرانشی برخورد سیاه‌چاله‌ها

«کارلوس لوستو» (Carlos Lousto) و «جیمز هیلی» (James Healy) از مؤسسه فناوری راچستر در نیویورک با استفاده از ابرکامپیوترها به محاسبه عددی حداکثر سرعت بازگشتی دو سیاه‌چاله درحال برخورد پرداخته‌اند.

این محاسبات با استفاده از روابط نظریه نسبیت عام به توصیف تغییرات سیاه‌چاله‌ها در اندرکنش و پیش‌بینی بزرگی امواج گرانشی می‌پردازند.

دانشمندان همواره گمان داشتند که سیاه‌چاله‌ها در مدارهایی دایره‌ای‌‌شکل به یکدیگر نزدیک می‌شوند. اما داده‌های بیش از ۱۰۰ برخورد که رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری (LIGO) ثبت کرده است، نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌ها می‌توانند در مدارهایی بیضوی نیز با یکدیگر اندرکنش داشته باشند.

کشف مدارهای بیضوی محدوده تنوع برخوردهای سیاهچاله‌ها را افزایش داد. لوستو و هیلی نیز به بررسی شدیدترین سناریوها پرداختند. آن‌ها اثر چهار عامل را در محاسبات خود ارزیابی کردند: تکانه اولیه سیاه‌چاله‌ها، جدایی آن‌ها در لحظه نزدیک‌ترین عبور، جهت چرخش سیاه‌چاله‌ها به دور خود و اندازه آن چرخش.

آن‌ها با ۱٬۳۸۱ شبیه‌سازی دریافتند که سرعت پس‌زنی پس از برخورد در سیاه‌چاله‌هایی با چرخش مخالف از همه بیشتر است. سیاه‌چاله‌ها امواج گرانشی خود را در تمام جهت‌ها منتشر می‌کنند، اما گردش‌های مخالف این تشعشعات گرانشی را مختل می‌سازد و ضربه‌ای ایجاد می‌کند که به سرعت پس‌زنی می‌افزاید.

فیزیک بنیادی جدید

هدف بعدی پژوهشگران این است که از لحاظ ریاضیاتی و با استفاده از معادلات نسبیت عام اینشتین اثبات کنند که این سرعت قابل عبور نیست. این قضیه می‌تواند عواقبی برای قوانین بنیادی فیزیک داشته باشد.

یکی از رازهای سیاه‌چاله‌ها تعیین این است که دو سیاهچاله پس از برخورد در هم ادغام می‌شوند یا یکدیگر را پس می‌زنند. به‌نظر می‌رسد که آستانه‌ای در نقطه برخورد آن‌ها، این امر را تعیین می‌کند. این وجه از فیزیک سیاه‌چاله‌ها می‌تواند نشانی از حضور یک اصل فراگیر باشد که از اندرکنش اتم‌ها تا برخورد سیاه‌چاله‌ها را در بر می‌گیرد.

مکانیک کوانتوم و نسبیت عام دو ستون بنیادی علم فیزیک، اما غیرقابل ادغام در یک نظریه هستند. بااین‌حال، به‌نظر می‌رسد بسیاری از رازهای حل‌نشده سیاه‌چاله‌ها دقیقاً در مرز بین این دو نظریه نهفته باشد.