برخوردهای سیاهچالهای عجیب در اطراف سیاهچالهای غول‌آسا
سه سیاهچاله را بردارید و آن‌ها را داخل دیسک اطراف سیاهچالهای کلان جرم بیندازید؛ در این شرایط اتفاقی عجیب و سریع رخ می‌دهد. پژوهشی جدید به بررسی رویداد عجیب موج گرانشی می‌پردازد که دانشمندان در می ۲۰۱۹ رصد کردند و هنوز در تلاش هستند آن را درک کنند. امواج گرانشی به نوسان‌هایی در فضازمان گفته می‌شوند که بر اثر رویدادهای چشمگیری مثل ادغام سیاه‌چاله‌ها رخ می‌دهند؛ اما رصد یادشده با هیچ‌کدام از برخوردهایی که دانشمندان در گذشته رصد کرده بودند سازگار نبود. حاصل این رویداد، سیاهچالهای در اندازه‌ی متوسط بود که به‌سختی قابل رصد بود. به گفته‌ی آیمر بارتوس، فیزیکدان دانشگاه فلوریدا و یکی از مؤلفان پژوهش جدید:
رویداد موج گرانشی GW190521 یکی از عجیب‌ترین اکتشافات امروزی است. جرم و چرخش سیاه‌چاله‌ها به‌شدت عجیب بود اما عجیب‌تر از آن عدم وجود مداری مدور بود که به ادغام می‌انجامد.
ستاره‌شناسان سیگنال‌های موج گرانشی را براساس تاریخ رصد نام‌گذاری می‌کنند درنتیجه GW190521 به موج گرانشی اشاره دارد که در تاریخ ۲۱ می ۲۰۱۹ کشف شد. دانشمندان در اولین تحلیل از سیگنال عجیب شک داشتند که ادغامی در فضایی مملو از سیاه‌چاله‌ها رخ داده باشد. آن‌ها دو نوع سیاهچاله را شناسایی کرده بودند. یک دسته سیاه‌چاله‌های ستارهای که از ستاره‌های در حال مرگ شکل گرفتند و جرم آن‌ها چندین برابر جرم خورشید است؛ و درمقابل، سیاه‌چاله‌های کلانجرم که در مرکز برخی کهکشان‌ها از جمله راه شیری مخفی شده‌اند و جرم آن‌ها ممکن است به میلیون‌ها برابر جرم همتایان کوچک‌ترشان برسد.
نتیجه‌ی ادغام می ۲۰۱۹ سیاهچالهای با جرم متوسط بود که جرم آن بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ جرم خورشیدی متغیر است. دانشمندان هرگز چنین موردی را رصد نکرده بودند و توضیحی برای روند شکل‌گیری آن نداشتند. براساس حدس و گمان‌ها، یکی از سیاه‌چاله‌های برخوردی ممکن است خود حاصل یک برخورد باشد که جرم محصول نهایی آن ۱۴۲ برابر جرم خورشیدی است.
ستاره‌شناس‌ها برای رسیدن به دو برخورد متوالی در ابتدا در تحلیل GW190521، پیشنهاد دادند که رویداد در نزدیکی هسته‌ی فعال کهکشانی رخ داده است. هسته‌ی کهکشانی فعال به سیاه‌چاله‌ی کلان جرم متغیری گفته می‌شود که ممکن است در آن سیاه‌چاله‌های کوچک‌تری تکثیر شوند. پژوهش جدید موقعیت را از زاویه‌ای دیگر بررسی می‌کند.
تصور هنرمند از دو سیاه‌چاله‌ی ستارهای در دیسک اطراف سیاهچالهای کلان جرم
دانشمندان به‌دنبال درک این مسئله هستند که چگونه دو سیاهچاله که به دور یکدیگر نمی‌چرخند با یکدیگر برخورد کردند؛ از طرفی مدار آن‌ها خارج از مرکز یا بیضوی بود نه دایره‌ای. براساس حدس ستاره‌شناس‌ها، نیروهای گرانشی عظیمی در برخورد سیاه‌چاله‌ها نقش داشتند و این دو را در مسیرهای مدور قرار داده‌اند.
درنتیجه فیزیک‌دان‌های پژوهش جدید، مدل‌سازی برخوردهای سیاهچالهای را در دستور کار خود قرار دادند. با اینکه براساس محاسبات بعید بود سه سیاهچاله به صورت تصادفی و غیرهم‌مرکز با یکدیگر برخورد کنند، با در نظر گرفتن محیط هسته‌ی کهکشانی فعال مسئله تغییر کرد.
هسته‌ی کهکشانی فعال میزبان دیسکی از ماده است که اطراف سیاه‌چاله‌ی کلانجرم را احاطه کرده‌اند و می‌توان آن را به مدل سنگین‌تر منظومه‌ی شمسی تشبیه کرد. با این تفاوت که منظومه‌ی شمسی سیاره‌ها را دارد درحالی‌که هسته‌ی کهکشانی فعال با سیاه‌چاله‌های ستارهای احاطه شده است که در دیسک اطراف آن قرار دارند. براساس پژوهش جدید این ساختار دوبعدی است.
مقاله‌ی مرتبط:آیا پژواک برخورد سیاه‌چاله‌ها به اثبات بزرگ‌ترین پیش‌بینی هاوکینگ کمک می‌کند؟نظریه معروف استیون هاوکینگ درباره سیاه‌چاله‌ها اثبات شد
به گفته‌ی یوهان سامسینگ، اخترفیزیک‌دان مؤسسه‌ی نیلز بوهر دانمارک، در چنین شرایطی، احتمال ادغام غیرهم مرکز در مدل‌ها ۱۰۰ برابر افزایش می‌یابد. احتمالاً نیمی از ادغام‌ها در دیسک‌های هسته‌ی کهکشانی فعال غیرهم‌مرکز هستند، درنتیجه رصد استثنایی می ۲۰۱۹ کمتر تعجب‌‌آور خواهد بود. به گفته‌ی بنس کوکسیس، یکی از مؤلفان مقاله و اخترفیزیک‌دان دانشگاه آکسفورد بریتانیا:
در چنین محیط‌هایی، سرعت اولیه و چگالی سیاه‌چاله‌ها به قدری بالا است که سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در بازی غول‌آسای بیلیارد نوسان می‌کنند و دوتایی‌های مدور نمی‌توانند وجود داشته باشند.
پژوهشگرها همچنین اشاره کردند که احتمال ادغام‌های غیرهم مرکز در مدل آن‌ها با توجه به خصوصیات دیسک اطراف سیاه‌چاله‌ی کلانجرم تغییر می‌کند. هدف بعدی آن‌ها مشاهده‌ی برخوردهای سیاهچالهای دیگر و تحلیل آن‌ها است.
پژوهش فوق در تاریخ ۹ مارس در مجله‌ی Nature منتشر شد.
دانشمندان در اطراف سیاهچالهای کلانجرم، سیاه‌چاله‌هایی ستارهای را کشف کردند که مانند توپ‌های بازی بیلیارد با یکدیگر برخورد کردند.