رمزگشایی اثر ماده تاریک بر امواج گرانشی سیاهچالهها
توسط دانشگاه آمستردام
مطالعه جدیدی که توسط پژوهشگران دانشگاه آمستردام انجام شده، نشان میدهد چگونه امواج گرانشی ناشی از سیاهچالهها میتوانند برای آشکارسازی حضور ماده تاریک و تعیین ویژگیهای آن به کار گرفته شوند. کلید این کار، مدلی نوین مبتنی بر نظریهٔ نسبیت عام اینشتین است که بهصورت دقیق تعامل سیاهچاله با مادهٔ اطراف را ردیابی میکند.
پژوهندگان رودریگو وینسنت، تئوفانز ک. کاریس و جیانفرانکو برتونه از مؤسسه فیزیک دانشگاه آمستردام (IoP) و مرکز برتری GRAPPA برای گرانش و فیزیک ذرات نجومی آمستردام، نتایج خود را در مجله Physical Review Letters منتشر کردهاند. در این مقاله، آنان روش بهبودیافتهای برای مدلسازی تأثیر ماده تاریک اطراف سیاهچالهها بر امواج گرانشی این سیستمها معرفی میکنند.
دستگیرهای نسبت جرم افراطی (EMRIs)
این کار بر روی پدیدهای بهنام دستگیرهای نسبت جرم افراطی یا EMRIs متمرکز است: سیستمهایی که در آنها جسمی نسبتاً کوچک و متراکم—بهعنوان مثال یک سیاهچالهٔ حاصل از فروپاشی یک ستاره منفرد—بهصورت مداری میچرخد و بهتدریج به سمت یک سیاهچاله بسیار بزرگتر که معمولاً در مرکز یک کهکشان قرار دارد، میآید. هنگامی که به سمت مرکز میچرخد، جسم کوچکتر سیگنال طولانی امواج گرانشی تولید میکند.
ماموریتهای فضایی آینده مانند آنتن فضایی LISA متعلق به سازمان فضایی اروپا (ESA)، که برای پرتاب در سال 2035 برنامهریزی شده است، انتظار میرود این سیگنالها را برای ماهها یا حتی سالها ضبط کنند و صدها هزار تا میلیونها دورهٔ مداری را پیگیری نمایند. اگر بهدقت مدلسازی شوند، این «اثر انگشتهای کیهانی» میتوانند نشان دهند چگونه ماده—بهویژه ماده تاریک مرموز که تصور میشود بیشترین سهم ماده در جهان را تشکیل میدهد—در اطراف نزدیک سیاهچالههای عظیم توزیع میشود.
دیدگاه نسبیتی
پیش از آنکه ماموریتهایی نظیر LISA شروع به جمعآوری دادهها کنند، پیشبینی دقیق انواع سیگنالهای مورد انتظار و استخراج حداکثری اطلاعات از آنها امری حیاتی است. تاکنون، اکثر مطالعات به توصیفهای سادهشدهای از تأثیر محیط بر دستگیرهای نسبت جرم افراطی (EMRIs) متکی بودهاند.
مقاله جدید فیزیکدانان IoP/GRAPPA این شکاف را برای یک کلاس گسترده از محیطها پر میکند. این مقاله اولین چارچوب کامل نسبیتی را ارائه میدهد—به این معنی که از نظریهٔ گرانش اینشتین بهصورت کامل استفاده میکند، نه تقریبهای سادهٔ مبتنی بر گرانش نیوتنی—تا توصیف کند چگونه محیط اطراف یک سیاهچالهٔ عظیم، مدار یک دستگیر نسبت جرم افراطی را تغییر میدهد و در نتیجه امواج گرانشی تولید میشود.
این مطالعه بهویژه بر غلظتهای متراکم ماده تاریک—که اغلب «سوزنکها» یا «تودهها» نامیده میشوند—که ممکن است پیرامون سیاهچالههای عظیم شکل گیرند، متمرکز است. با ادغام توصیف نسبیتی جدید خود در مدلهای پیشرفتهٔ شکل موج، نویسندگان نشان میدهند که چگونه چنین ساختارهایی میتوانند اثر قابلاندازی بر سیگنالهای ثبتشده توسط آشکارسازهای آینده بگذارند.
این کار گامی اساسی در برنامهٔ بلندمدتی است که هدف آن استفاده از امواج گرانشی برای ترسیم توزیع ماده تاریک در کیهان و روشنسازی ماهیت بنیادی آن میباشد.
اطلاعات بیشتر: رودریگو وینسنت و همکاران، «بررسی کامل نسبیتی دستگیرهای نسبت جرم افراطی در محیطهای بدون برخورد»، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s4wh-x6c4. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.09715
اطلاعات مجله: Physical Review Letters, arXiv
ارائهشده توسط دانشگاه آمستردام
ارجاع: رمزگشایی اثر ماده تاریک بر امواج گرانشی سیاهچالهها (2025، 5 دسامبر) بازیابیشده در 5 دسامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-12-decoding-dark-imprint-black-hole.html
این سند مشمول حق نشر است. بهجز هرگونه استفاده منصفانه به منظور مطالعه یا پژوهش شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازهٔ کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا صرفاً برای اهداف اطلاعرسانی ارائه شده است.