کشف سنگین‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ها: رویداد GW231123 و بازنگری در مدل‌های کیهانی

کشف بی‌سابقه: سنگین‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ها در کیهان

دانشمندان با همکاری آشکارسازهای لایگو، ویرگو و کاگرا، موفق به شناسایی موج گرانشی GW231123 شدند که نشان‌دهنده سنگین‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ای کشف‌شده تا به امروز است. این رویداد کیهانی که در فاصله‌ای حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین رخ داده، فیزیکدانان را وادار به بازنگری در مدل‌های شکل‌گیری اجرام عظیم کرده است.

جزئیات رویداد GW231123

این ادغام عظیم شامل دو سیاه‌چاله بود که هر یک بیش از ۱۰۰ برابر جرم خورشید داشتند. این دو جرم پس از سال‌ها چرخش به دور یکدیگر، سرانجام با هم برخورد کرده و یک سیاه‌چاله جدید با جرمی معادل ۲۲۵ برابر جرم خورشید را تشکیل دادند. این کشف مهم در «کنفرانس ادواردو آمالدی درباره‌ی امواج گرانشی» در گلاسگو اسکاتلند ارائه شد.

سیگنال این برخورد توسط آشکارسازهای فوق‌حساسی شناسایی شد که قادر به ثبت لرزش‌های فضازمانی هستند؛ لرزش‌هایی که هزاران بار کوچک‌تر از قطر یک پروتون می‌باشند.

سیاه‌چاله‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟

اکثر سیاه‌چاله‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که ستاره‌های پرجرم در پایان عمر خود، سوخت هسته‌ای‌شان را از دست داده و فرو می‌ریزند. این اجرام فوق‌العاده متراکم، فضا-زمان را به قدری می‌پیچانند که یک «افق رویداد» ایجاد می‌شود؛ مرزی که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد.

پیشرفت‌ها در رصد امواج گرانشی

همکاری لایگو، ویرگو و کاگرا از زمان کشف نخستین سیگنال موج گرانشی (که منجر به دریافت جایزه‌ی نوبل شد) تا به امروز، چندین ادغام کیهانی را شناسایی کرده است. این ادغام‌ها شامل برخورد دو سیاه‌چاله، دو ستاره نوترونی، و حتی ادغام‌های «ترکیبی» بین یک سیاه‌چاله و یک ستاره نوترونی بوده‌اند که در سال ۲۰۲۱ تأیید شدند.

پیش از این، پرجرم‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ها مربوط به رویداد GW190521 بود که در سال ۲۰۲۰ شناسایی شد و سیاه‌چاله‌ای با جرم حدود ۱۴۰ برابر خورشید تولید کرد. اما رویداد GW231123 با سیاه‌چاله‌هایی به جرم‌های ۱۰۳ و ۱۳۷ برابر خورشید، بسیار عظیم‌تر ظاهر شد. تحلیل این سیگنال به دلیل سرعت بالای چرخش اجرام، بسیار دشوار بود.

تناقض با نظریه‌های فعلی و فرضیه ادغام سلسله‌مراتبی

کشف جدید GW231123 از این جهت قابل توجه است که با نظریه‌های فعلی درباره‌ی تحول ستارگان در تناقض قرار دارد. سیاه‌چاله‌های والد این رویداد آن‌قدر بزرگ هستند که نمی‌توان آن‌ها را صرفاً حاصل انفجار ابرنواختر دانست. به احتمال زیاد، این رویداد نیز مانند GW190521، نمونه‌ای از «ادغام سلسله‌مراتبی» است؛ به این معنی که هر یک از سیاه‌چاله‌های والد خود حاصل یک ادغام پیشین بوده‌اند و سپس با یکدیگر ادغام شده‌اند.

پیش از دهه ۱۹۹۰ و ساخت آشکارسازهای موج گرانشی، دانشمندان تنها می‌توانستند جهان را از طریق تابش الکترومغناطیسی مشاهده کنند. اما رصدخانه‌های موج گرانشی دیدگاهی کاملاً تازه از کیهان فراهم کرده‌اند و امکان مشاهده‌ی رویدادهایی را می‌دهند که پیش‌تر پنهان مانده بودند.