امواج گرانشی به زودی می توانند چگونگی جفت شدن سیاهچاله ها را نشان دهند - 1396/08/25

تصویر هنری از ادغام دو سیاهچاله 

چهار مورد از  امواج گرانشی آشکارسازی شده حاصل
 از ادغام سیاهچاله های دوتایی بوده است که
تا کنون توسط LIGO شناسایی شده اند.
اما چگونگی تشکیل سیاه چاله ها و جفت شدن آنها هنوز مشخص نیست.

در حال حاضر، محققان در ایالات متحده و بریتانیا نشان داده اند که امواج تولید شده در هنگام ادغام سیاهچاله ها می تواند اطلاعات قابل توجهی در مورد چگونگی تشکیل جفت ها ارائه دهد.

محققان پیشنهاد می کنند که آن ها در طی چند سال آینده  می توانند یک پاسخ قطعی در مورد چگونگی  تشکیل سیاهچاله های دوتایی داشته باشند.

مدل های نظری هستند که  پیش بینی می کند که چگونه سیستم های دوتایی سیاهچاله می تواند شکل بگیرد. در مدل اول، هر دو ستاره در یک سیستم دوتایی هستند و در اثر تحول  سیاهچاله ها را شکل می دهند، که پس از آن در یک مدار مقیدتر کشیده می شوند. سیاهچاله های دوتایی شکل گرفته به این روش به احتمال زیاد نشان دهنده حرکت زاویه ای ذاتی (یا اسپینی)  در امتداد محور مدار دوتایی می باشند.

ویل فار متخصص فیزیک نجومی از دانشگاه بیرمنگام توضیح می دهد: "... برای کاهش فاصله دو سیاهچاله ، جو و هسته ستاره ها باید به طور متقابل در ارتباط باشند." و "جذر و مد باعث  ایجادچرخش هم جهت می شود."

 

جهت گیری تصادفی

 

در مدل دوم، دو سیاهچاله مورد مطالعه با برخوردهای گرانشی با اجسام دیگر به یک مدار هدایت می شوند. در این حالت، جهت گیری نسبی اسپین دو سیاهچاله احتمالا تصادفی خواهد بود.

 

فار می گوید که از طریق اندازه گیری اسپین چرخشی در هر دو روش،  نوع سیاهچاله های دوتایی تقریبا مشخص می شوند. "سوال جالب در رابطه با فرکانس نسبی کشف یک نوع از سیاهچاله های دوتایی در برابر دیگری است."

از آن جایی برآورد میزان هر دو بیش از سه مرتبه متفاوت است، به همین دلیل محققان نتیجه گرفتند که بعید است که این دو آهنگ به اندازه کافی برای چهار ترکیبی که تاکنون از مشاهدات اموج گرانشی  سیاهچاله ها دیده می شود، شامل دوتایی های تشکیل شده از طریق روش های مختلف باشد.

آنها به "چرخش مؤثر" هر دوتایی نگاه می کردند:  در امتداد محور چرخش مداری مجموع بردار اجزای چرخشی دو سیاهچاله که با جرمشان وزن داده می شوند اندازه گیری می شوند.

دو سیاهچاله با اجزای چرخشی بزرگ در جهت مشابه می توانند به یک مدار بسیار نزدیکتر وارد شوند تا قبل از فروپاشی با یکدیگر ادغام شوند:" همانطور که سیاهچاله ها دور می شوند، کشش و فشرده سازی فضا و زمان نوسان می کند."

 فار توضیح می دهد:" ... و در آن نوسان شما می توانید الگوی آنها را در حال نزدیک شدن به یکدیگر را مشاهده کنید و پی به هم جهتی اسپین ذاتی و مداری سیاهچاله ببرید."

 

خطاهای بزرگ

 

محققان توزیع اسپین های موثر ممکن را از هر رویداد بررسی کردند. اگر چه خطای زیادی در اندازه گیری وجود دارد،اما تمام چهار رویداد چرخش مؤثر کمی داشتند. این می تواند از اسپین ها یا چرخش های کوچک درونی خود به دست آید که با حرکت زاویه ای مدار می چرخند.

با این حال، در برخی از رویدادها، چرخش موثر احتمالا منفی به نظر می رسد:" اگر [چرخش ها] همه در همان جهت باشند، هیچ راهی برای به دست آوردن مقدار منفی وجود ندارد." بنابراین محققان نتیجه می گیرند که نتایج آنها با چرخش های تصادفی سازگارتر است، به این معنا که یک مدل ساختار دوتایی ازمدل دوم به دست آمده است.

 

با تنها چهار داده به دست آمده از LIGO - سه تشخیص تایید شده  - آنها نتوانستد نتیجه گیری قطعی را انجام دهند. با این وجود، محققان پیشنهاد می کنند که اگر مشاهدات آینده دارای عدم اطمینان مشابهی با آنچه قبلا دیده می شود بوده باشد، در مشاهدات آینده که ممکن است در عرض سه سال  مدل شکل گیری سیاهچاله ها در دسترس باشد، باید به محققان اجازه دهد که مدل های چگونگی شکل گیری سیاهچاله ها را دقیق تر کند.

 

استیون سیگورسسون از دانشگاه ایالتی پن توسط تحلیل آماری سیگنال های امواج گرانش تحت تأثیر قرار می گیرد: "... فکر می کردند که ما نیاز به هزاران داده برای به دست آوردن آمار صحیح داریم، اما می گویم، داده ها و استخراج همه چیز را می توان از داده های کنونی شروع کرد."

ویکی کالوگرا از دانشگاه Northwestern می گوید:" نویسندگان کار بسیار خوبی نشان داده اند که نشان می دهد که چرخش موثر یک مقدار قابل توجهی است که اندازه گیری های موج گرانشی در نهایت برای نشان دادن آنچه باعث شکل گیری سیاهچاله های دوتایی اتفاقث افتاده است کمک خواهد کرد.

این تحقیق در Nature چاپ  شده است.

 

درباره نویسنده

تیم ووگان نویسنده علمی مستقر در انگلستان است.

ترجمه خبر: رویا آهمه

منبع خبر: Physics World

psi.ir/html/news/news/news2_fa.asp?id=2328