اخترشناسان چینی ممکن است یک منظومه سهتایی از سیاهچالهها را کشف کرده باشند که تاکنون مشاهده نشده بود. این تیم پس از مشاهده یک سیاهچاله کلانجرم پنهان در پسزمینه یک رویداد عجیب امواج گرانشی، این مجموعه سهتایی را شناسایی کردند. این رویداد شش سال پیش کشف شده بود و اکنون در یک «رقص پیچیده» گرانشی به دام افتاده است.
در سال ۲۰۱۹، رصدخانه موج گرانشی تداخلسنج لیزری (LIGO) در آمریکا مجموعهای از امواج ضعیف در بافتار فضا-زمان را که به امواج گرانشی معروفند، شناسایی کرد. این امواج ظاهراً از ادغام دوردست دو سیاهچاله که در فاصلهای بین ۵۴۴ تا ۹۱۲ سال نوری از زمین قرار داشتند، ایجاد شده بودند. این برخورد کیهانی که GW190814 نام گرفت، به دلیل جرم اجرام ادغامشده که به ترتیب ۲۳ و ۲.۶ برابر جرم خورشید بودند، بسیار قابل توجه بود.
- ادغام پرجرمترین سیاهچالههای کشفشده، اخترفیزیک را متحول میکند
- تصویری از یک سیاهچاله عجیب در اقیانوس آرام
به طور معمول، سیاهچالههایی که با هم ادغام میشوند، جرمی مشابه دارند، زیرا این شرایط اصطکاک گرانشی لازم برای نزدیک شدن آنها به یکدیگر را فراهم میکند. بر اساس مطالعهای که در سال ۲۰۲۰ درباره این رویداد منتشر شد، در آن زمان، GW190814 «نامتوازنترین نسبت جرمی بود که تا آن زمان با امواج گرانشی اندازهگیری شده بود». دانشمندان به ویژه از اندازه جرم کوچکتر که به سختی به اندازهای بود که یک سیاهچاله محسوب شود، شگفتزده شدند.
در یک مطالعه جدید که در تاریخ ۲۱ ژوئیه در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شد، اخترشناسان پیشنهاد کردند که این ادغام نامتوازن توسط یک جرم سوم پنهان ایجاد شده است که نیروی گرانشی لازم برای برخورد دو سیاهچاله با جرمهای متفاوت و تبدیل آنها به یک جرم واحد را، با وجود اختلاف اندازه قابل توجه، فراهم کرده است.
این تیم از شبیهسازیها برای پیشبینی اینکه چگونه این برهمکنش بر امواج گرانشی تولید شده توسط ادغام تأثیر میگذارد، استفاده کردند و یک «اثر انگشت» سیگنال منحصربهفرد مرتبط با جرم پنهان را شناسایی کردند. سپس، آنها دادههای LIGO از کشف اولیه را مجدداً تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که این سیگنال اثر انگشت در واقع وجود داشته است.
ون-بیائو هان، یکی از نویسندگان این مطالعه و اخترشناس در آکادمی علوم چین، در بیانیهای گفت: «این اولین کشف بینالمللی شواهدی واضح برای وجود یک جرم فشرده سوم در رویداد ادغام سیاهچالههای دوتایی است. این کشف نشان میدهد که سیاهچالههای دوتایی در GW190814 ممکن است به صورت مجزا تشکیل نشده باشند، بلکه بخشی از یک منظومه گرانشی پیچیدهتر بودهاند.»
بر اساس شبیهسازیها، این تیم معتقد است محتملترین هویت جرم فشرده پنهان، یک سیاهچاله کلانجرم است. آنها هنوز نمیدانند این جرم چقدر بزرگ است، اما حداقل جرم برای سیاهچالههای کلانجرم حدود ۱۰۰ هزار برابر جرم خورشید است، که نشان میدهد این جرم حداقل به همان اندازه عظیم است و آن را بسیار بزرگتر از دو جرم دیگری میکند که در ابتدا در این منظومه شناسایی شده بودند.
این زوج سیاهچاله کوچکتر که با هم ادغام شدند، احتمالاً بخشی از یک منظومه دوتایی بودهاند که در اطراف سیاهچاله کلانجرم میرقصیدهاند، به همان شیوهای که زمین و ماه در سفر جمعی خود به دور خورشید، به دور یکدیگر میچرخند. این اولین بار است که این پیکربندی در یک منظومه سیاهچاله دیده میشود.
این تیم اضافه کرد که سیاهچاله تازه تشکیلشده از این ادغام، احتمالاً برای میلیاردها سال به رقص در اطراف شریک کلانجرم خود ادامه خواهد داد و در نهایت توسط جرم بزرگتر بلعیده خواهد شد.
هان گفت: «این یافتههای جدید نه تنها بینشهای قابل توجهی در مورد مسیرهای تشکیل سیاهچالههای دوتایی فراهم میکند، بلکه راه جدیدی برای شناسایی دیگر اجرام غولپیکر پنهان در پسزمینه ادغامهای نامتوازن مشابه نیز ارائه میدهد.»
از زمانی که LIGO اولین امواج گرانشی را در سال ۲۰۱۵ شناسایی کرد، این رصدخانه بیش از ۱۰۰ رویداد موج گرانشی دیگر را مشاهده کرده است که بیشتر آنها به دلیل ادغام سیاهچالهها بوده است. هر کشف جدید، دادههای بیشتری در اختیار دانشمندان قرار میدهد تا بتوانند رازهای جدیدی را درباره بزرگترین اجرام جهان، که مطالعه آنها به طور کلی دشوار است، کشف کنند.