شاید پای نسل دوم سیاهچاله‌ها در بین باشد

در یکی از هیجان‌انگیزترین رخدادهای اخترفیزیکی سال‌های اخیر، همکاری بین‌المللی آشکارسازهای امواج گرانشی (LIGO–Virgo–KAGRA) موفق به ثبت برخوردی از سیاه‌چاله‌هایی شد که پرجرم‌ترین چنین رخدادهای ثبت‌شده تا کنون را به نام خود ثبت کردند. این رویداد که با کد GW231123 شناخته می‌شود، در ۲۳ نوامبر ۲۰۲۳ توسط آشکارسازهای LIGO در ایالات متحده ردیابی شد. حاصل این برخورد، سیاه‌چاله‌ای با جرمی معادل ۲۲۵ برابر خورشید ما بود؛ عددی که مرزهای فعلی مدل‌های شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها را به چالش می‌کشد.

چرا این خبر اهمیت دارد؟

امواج گرانشی به‌عنوان یکی از ابزارهای نوین و انقلابی برای مطالعه‌ی جهان، به ما امکان می‌دهند پدیده‌هایی را رصد کنیم که در طیف‌های الکترومغناطیسی مرئی و نامرئی قابل دیدن نیستند. کشف برخورد سیاه‌چاله‌هایی با این جرم عظیم نه‌تنها رکورد قبلی (برخورد GW190521 با جرم ۱۴۰ برابر خورشید) را شکسته، بلکه درک ما از چگونگی شکل‌گیری و رشد سیاه‌چاله‌ها را نیز با پرسش‌های تازه‌ای مواجه کرده است.

داستان برخوردی در دل فضا–زمان

برخورد GW231123 در قالب امواجی بسیار ضعیف اما قابل ردیابی در بافت فضا–زمان به ما رسید. آنچه این رخداد را ویژه می‌کند، نه‌تنها جرم بالای سیاه‌چاله‌ی نهایی، بلکه ویژگی‌های غیرمعمولی مانند چرخش سریع آن است. سیاه‌چاله‌ها در این رخداد حدود ۱۰۰ و ۱۴۰ برابر جرم خورشید داشتند و در نهایت سیاه‌چاله‌ای با جرم ۲۲۵ برابر خورشید پدید آوردند. چنین جرم‌هایی در مدل‌های معمول ستاره‌شناسی «غیرقانونی» به شمار می‌آیند، زیرا ستاره‌هایی که به‌صورت معمول فرو می‌ریزند، نمی‌توانند به این حد از جرم برسند.

احتمال وجود «نسل دوم» سیاه‌چاله‌ها

مارک هانام از دانشگاه کاردیف و عضو گروه LVK معتقد است این رویداد ممکن است حاصل برخورد «نسل دوم» سیاه‌چاله‌ها باشد؛ یعنی سیاه‌چاله‌هایی که خودشان از برخوردهای قبلی تشکیل شده‌اند. این احتمال از منظر نظری به یکی از مسیرهای مهم پژوهشی بدل شده است، چرا که مدل‌های فعلی تکامل ستارگان قادر به توضیح چنین جرم‌هایی نیستند.

فناوری در لبه‌ی توانایی

چرخش بسیار سریع سیاه‌چاله‌های این رویداد، مدل‌سازی آن را برای پژوهشگران پیچیده‌تر کرده است. چارلی هوی از دانشگاه پورتسموث می‌گوید: «مدلسازی این سیگنال نیاز به ابزارهای پیشرفته دارد که بتوانند دینامیک سیاه‌چاله‌های پرچرخش را به‌درستی بازسازی کنند. این یک آزمون عالی برای توسعه مدل‌های نظری ماست».

ابزارهای مشاهده‌گر

آشکارسازهای LIGO در ایالات متحده (در ایالت‌های واشنگتن و لوییزیانا)، و نیز آشکارسازهای همکار در ایتالیا (Virgo) و ژاپن (KAGRA) از سال ۲۰۱۵ تا کنون بیش از ۳۰۰ برخورد سیاه‌چاله‌ای را ثبت کرده‌اند. برخورد اخیر در چهارمین دوره‌ی رصدی آن‌ها شناسایی شد که از می ۲۰۲۳ آغاز شده است. بناست داده‌های بیشتر از نیمه‌ی اول این دوره تا پایان تابستان ۲۰۲۵ منتشر شود.

پیامدهای علمی و نظری

رخداد GW231123 نه‌تنها مرزهای آشکارسازی امواج گرانشی را جابه‌جا کرده، بلکه به یکی از پرونده‌های کلیدی برای نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین بدل شده است. سرعت چرخش سیاه‌چاله‌های برخوردی در این رخداد نزدیک به حداکثر مقدار مجاز بر اساس نسبیت عام است. این موضوع، پژوهشگران را به بازاندیشی در مدل‌های تکامل سیاه‌چاله‌ها وادار می‌کند. گریگوریو کارولو از دانشگاه بیرمنگام می‌گوید: «در حالی که ساده‌ترین توضیح برای این رخداد همچنان برخورد سیاه‌چاله‌هاست، اما شاید سناریوهای پیچیده‌تر کلید درک ویژگی‌های غیرمنتظره این سیگنال باشند.»

آینده‌ی رصد امواج گرانشی

دیو رایتزه، مدیر اجرایی LIGO در مؤسسه فناوری کلتک، تأکید می‌کند: «این رویداد بار دیگر نشان داد که امواج گرانشی چگونه به ما اجازه می‌دهند اسرار بنیادی و عجیب سیاه‌چاله‌ها را کشف کنیم.» سوفی بینی، پژوهشگر پسادکتری در کلتک، نیز می‌گوید: «این برخورد، حد نهایی توانایی فناوری و تحلیل داده‌های ما را به آزمون گذاشته است.»

گام‌های بعدی و دسترسی عمومی

داده‌های مربوط به این رویداد از طریق مرکز علمی آزاد امواج گرانشی (GWOSC) در دسترس پژوهشگران قرار خواهد گرفت. همچنین نتایج اولیه این کشف در کنفرانس بین‌المللی نسبیت عام و گرانش GR24 و کنفرانس آمالدی در گلاسگو، بریتانیا (ژوئیه ۲۰۲۵) ارائه می‌شود. انتظار می‌رود مدل‌سازی دقیق‌تر این برخورد و تحلیل اثرات آن بر شکل‌گیری ساختارهای کهکشانی، سال‌ها پژوهش نظری و عددی را به دنبال داشته باشد.