تحقیقات، دنبالهٔ آشکار برخورد سیاهچالهها را برملا میکند
توسط کلارا تورنِیج، دانشگاه میسیسیپی
ویرایش توسط لیزا لاک، بازنگری توسط اندرو زینین
هنگامی که سیاهچالهها بههم میتصیند، اثر برخورد به شکل امواج گرانشی به فضا انتشار مییابد، مانند صدای زنگی که در فضا مینوازد. اما پس از این امواج، ارتعاش دومینی ظاهر میشود — نجواای که فیزیکدانان نظریهاش را مطرح کردهاند اما هرگز مشاهده نکردهاند.
یک همکاری بینالمللی برای اولین بار این نجواها — که بهنام «دنبالههای امواج گرانشی زمانپسین» شناخته میشوند — را با جزئیات شبیهسازی کرده تا بتواند تصویری واضح از «صدای» آنها ارائه دهد.
«تا کنون، ما فقط در مدلهای سادهشده دنبالهها را دیدهایم، نه در شبیهسازیهای کامل نسبیت عددی»، گفت لئو استین، استادیار فیزیک و نجوم دانشگاه میسیسیپی و نویسنده همکار این مطالعه. «اینها اولین شبیهسازیهای کاملاً عددی هستند که در آنها دنبالهها را بهوضوح مشاهده کردیم.»
استین و مارینا دِ آمیکیس، پژوهشگر پسادکتری و همکار در موسسهٔ Perimeter برای فیزیک نظری، جزو تیمی متشکل از ۲۰ پژوهشگر بودند که نتایج خود را در Physical Review Letters منتشر کردند.
همانگونه که امواج گرانشی در فضا حرکت میکنند، زمان‑فضا را کمی میکشند. دنبالهای که پژوهشگران بهدنبال آن هستند، آرامترین «صدای» زمان‑فضا پس از عبور یک موج است، یعنی بازگشت تدریجی آن به وضعیت تعادل.
«دنباله جالب است، زیرا نه تنها مجموعهای از فرکانسهای گسسته است،» دِ آمیکیس گفت. «بهنظر میرسد شبیه یک زمزمهٔ کمصدا است. این مجموعهای از فرکانسهای پیوسته و بسیار ضعیف است که زمان‑فضا در تلاش برای آرام شدن پس از کشش توسط موج، تولید میکند.»
«در حالی که ارتعاشات اولیه بسیار سریع از بین میروند، این کاهش بهشدت آهسته است. این همان زمزمهٔ نهایی زمان‑فضا است که بهسوی تعادل بازمیگردد.»
امواج گرانشی حامل دادههایی هستند که پژوهشگران برای درک بهتر سیاهچالهها و برخوردهای آنها استفاده میکنند. اما دنبالههای زمانپسین نه تنها اطلاعاتی دربارهٔ سیاهچالهها، بلکه دربارهٔ تمام فضایی که امواج در آن عبور کردهاند، نیز منتقل میکنند.
«هدف ما این است که نسبیت عام را بهتر درک کنیم و جهان پیرامونمان را بهتر بشناسیم»، دِ آمیکیس، سرپرست پروژه، گفت. «با فرکانسهای اولیهای که بلافاصله پس از ادغام سیاهچالهها دریافت میکنیم، میتوانیم به مقیاس ریز تمام پدیدههایی که در نزدیکی سیاهچاله رخ میدهند، نگاهی بیندازیم.»
«عجیب این است که دنبالهها اطلاعات کاملاً تکمیلی ارائه میدهند. دنبالهها بهطور اصیل به ساختار بزرگ زمان‑فضا بستگی دارند، بنابراین میتوانند تصویر کلیتری از پدیدههای جاری در کیهان به ما بدهند.»
اما کشف و تأیید دنبالهها کار دشواری بوده است. چون این فرکانسها پایین و بهراحتی مختل میشوند، اغلب میتوانند با یکدیگر تداخل داشته باشند.
برای بهدست آوردن دنبالهها در شبیهسازیها، پژوهشگران مجبور شدند تا این دنبالهها را در برخوردهای سیاهچالهها تا حد امکان «بلند» کنند. این کار به معنای تبدیل ادغام معمولی سیاهچالهها — که مداری نسبتاً دایرهای دارد — به یک برخورد مستقیم سرسری بود.
تصادم حاصل به اندازهٔ کافی «بلند» بود تا به پژوهشگران نشان دهد دنبالهها چگونه بهنظر میرسند، اما احتمال وقوع برخورد مستقیم سیاهچالهها کم است، استین گفت.
«آیا طبیعت بهما رخدادهای فوقالعاده فراوانی خواهد داد؟ احتمالاً نه»، فیزیکدان دانشگاه میسیسیپی گفت. «اگر بهخوبی رویدادهای بسیار فراوانی داشته باشیم، شناسایی دنبالهها و مشاهده دادهها سادهتر میشود. اما نمیتوانیم از طبیعت بخواهیم اینکار را انجام دهد؛ باید با ابزارهای موجود پیش برویم.»
با در اختیار داشتن این شبیهسازیهای اولیه، پژوهشگران میتوانند قدمی نزدیکتر به درک شکل واقعی دنبالههای زمانپسین در فضا بردارند. گام بعدی افزودن حرکت مداری و بررسی رفتار دنبالهها در شرایط واقعیتر است.
حتی وجود دنبالههای زمانپسین نیز تأییدی دیگر بر نظریهٔ نسبیت عام آلبرت اینشتین است.
«تغییر از نسبیت خاص به نسبیت عام نشانگر این بود که سرانجام توانستیم گرانش را بهطرز نسبیتی توصیف کنیم»، استین گفت. «در نسبیت عام، زمان‑فضا میتواند خمیده باشد. در زمان‑فضای صاف (مسطح) دنبالهای برای مشاهده وجود ندارد.»
امواج گرانشی اولین بار در نظریهٔ نسبیت عام آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ پیشبینی شدند و در سال ۲۰۱۵ بهطور مستقیم شناسایی گشتند. با استفاده از آشکارسازهای موجود در همکاریهای LISA و LIGO، پژوهشگران برای تشخیص سیگنالهای موردنظر در دادههای خود، به شبیهسازیهای امواج گرانشی اطمینان میکنند.
جدیدترین شبیهسازی این همکاری به این معناست که — برای اولین بار — پژوهشگران میدانند هنگام جستجوی شواهد دنبالههای زمانپسین چه ویژگیهایی را دنبال کنند.
جزئیات انتشار
مارینا دِ آمیکیس و همکاران، دنبالههای زمانپسین در تکاملهای غیرخطی ادغام سیاهچالهها، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2brx-xnyr
اطلاعات نشریه: Physical Review Letters
ارائه شده توسط دانشگاه میسیسیپی
منبع: تحقیقات دنبالهٔ آشکار برخورد سیاهچالهها (۲۵ دسامبر ۲۰۲۵) بازیابی شده در ۳۰ ژانویه ۲۰۲۶ از https://phys.org/news/2025-12-uncovers-telltale-tail-black-hole.html
این سند تحت کپیرایت قرار دارد. بهجز هرگونه استفاده منصفانه بهمنظور مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازهنویسنده قابل بازتولید نیست. محتوا صرفاً برای مقاصد اطلاعرسانی ارائه میشود.