کشفی بزرگ: ثبت ادغام بزرگترین سیاه چاله تاریخ

یک تیم مشترک از فیزیک‌دانان رصدخانه‌های موج گرانشی LIGO، Virgo و KAGRA موفق به شناسایی عظیم‌ترین ادغام سیاه‌چاله تاکنون ثبت‌شده شدند؛ دستاوردی که رکوردهای پیشین را شکست و درک بشر از پدیده‌های شدید کیهانی را گسترش داد. رویداد موج گرانشی که با نام GW231123 شناخته می‌شود، در کنفرانس Edoardo Amaldi درباره امواج گرانشی در گلاسگو، اسکاتلند اعلام شد. این برخورد غول‌آسا منجر به تشکیل سیاه‌چاله‌ای با جرمی فوق‌العاده، حدود ۲۲۵ برابر جرم خورشید شد. امواج گرانشی - اختلالاتی در بافت فضا-زمان که نخستین بار به وسیله اینشتین پیش‌بینی شدند - زمانی تولید شدند که دو سیاه‌چاله عظیم با جرمی به ترتیب حدود ۱۰۰ و ۱۴۰ برابر خورشید، به آرامی به یکدیگر نزدیک شده و سرانجام در هم ادغام شدند. ابعاد بی‌سابقه این رویداد، آن را به فراتر از هر ادغام سیاه‌چاله‌ای که پیشتر شناسایی شده بود تبدیل می‌کند. پروژه LIGO (رصدخانه تداخل‌سنج لیزری موج گرانشی) به همراه همتای اروپایی خود Virgo و رصدخانه ژاپنی KAGRA، پیشرفته‌ترین شبکه جهانی ستاره‌شناسی موج گرانشی را تشکیل می‌دهند. این شبکه با بهره‌گیری از تداخل‌سنج‌های بسیار دقیق لیزری، تغییرات بسیار کوچک فاصله میان آینه‌هایی با فاصله چند کیلومتری را ثبت می‌کند؛ نشانه‌هایی از رخدادهای پرهیاهوی کیهان که میلیاردها سال نوری با ما فاصله دارند. LIGO دارای دو آشکارساز دوقلو در هانفورد واشنگتن و لیوینگستون لوییزیانا است. پیشرفته‌ترین نسخه Virgo در ایتالیا، از سال ۲۰۱۶ شبکه رصدی را توسعه داد، و KAGRA نیز به عنوان نخستین آشکارساز موج گرانشی آسیا و اولین آشکارساز زیرزمینی، با کاهش نویز لرزه‌ای دقت آشکارسازی را بیشتر کرد. ساخت LIGO-India در سال ۲۰۲۱ آغاز شد و انتظار می‌رود بعد از ۲۰۲۵ فعال شود تا به افزایش قدرت کشف و پوشش جهانی کمک کند. در سال‌های اخیر، این همکاری چندملیتی ده‌ها رویداد موج گرانشی را مستند کرده که شامل کشفیات برجسته‌ای چون اولین ادغام‌های تایید شده سیاه‌چاله‌ها و ستارگان نوترونی است. این موفقیت‌ها جایزه نوبل فیزیک را به همراه داشته‌اند. قابل‌توجه است که در سال ۲۰۲۱ این کنسرسیوم برای اولین بار یک رویداد "شکاف جرمی" را شناسایی کرد: ادغامی میان یک ستاره نوترونی و شیئی که نه کاملاً به اندازه کافی سبک برای یک ستاره نوترونی، و نه به حد کافی سنگین برای یک سیاه‌چاله معمولی بود. این امر، به وجود اجرام ناشناخته و خوشه‌بندی‌های جرمی جدید در کیهان اشاره کرد. پیش از GW231123، بزرگترین ادغام سیاه‌چاله ثبت‌شده GW190521 در سال ۲۰۲۰ بود که سیاه‌چاله‌ای با جرم تقریبی ۱۴۰ برابر خورشید را به وجود آورد. رویداد جدید GW231123 نه فقط این رکورد را شکست، بلکه سیاه‌چاله‌های ادغام‌شونده نیز با سرعت‌های چرخشی غیرمعمول و نزدیک به حد نظریاتی که نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی می‌کند، در حال حرکت بودند. این سامانه پیچیده، تحلیل داده‌ها را دشوار و اعلام رسمی کشف را به دلیل نیاز به مدل‌سازی و صحت‌سنجی گسترده، به تعویق انداخت. ابعاد و دینامیک این برخورد بزرگ، چالش‌هایی جدی برای نظریه‌های فعلی مربوط به فرآیندهای تکاملی ستارگان و سیاه‌چاله‌ها ایجاد می‌کند. بر اساس مدل‌های اخترفیزیکی موجود، سیاه‌چاله‌هایی با این جرم نباید مستقیماً از رمبش هسته‌ای یک ستاره ایجاد شوند. بلکه GW231123 احتمالا نتیجه یک "ادغام سلسله‌مراتبی" است، به این معنا که هر یک از سیاه‌چاله‌ها خود محصول ادغام‌های پیشین بوده‌اند؛ بنابراین چنین اجرام عظیمی حاصل نسلی از برخوردهای کیهانی در محیط‌های متراکم مانند خوشه‌های ستاره‌ای هستند. اد پورتر از مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه (CNRS) می‌گوید: «کشف چنین سامانه عظیم و چرخان نه تنها برای تحلیل داده‌ها بلکه برای مدل‌های تئوری شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها و پیش‌بینی امواج گرانشی نیز چالش‌‌برانگیز است.» این یافته مرزهای فنی و نظری دانش بشر را جابجا کرده است. شناسایی GW231123 نقطه‌عطفی در نجوم موج گرانشی محسوب می‌شود و پرسش‌های تازه‌ای درباره منشأ اجرام بسیار عظیم کیهانی مطرح می‌کند. با بهبود حساسیت و گسترش جغرافیایی آشکارسازهای LIGO، Virgo و KAGRA انتظار می‌رود کشف سیاه‌چاله‌های عظیم‌الجثه، چرخان و حاصل از ادغام‌های سلسله‌مراتبی بیشتر شود. این کشفیات، مدل‌های ما درباره رشد سیاه‌چاله‌ها و تکامل ستاره‌ها را دقیق‌تر کرده و مرزهای نسبیت عام اینشتین و شناخت ما از تاریخ کیهان را بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهد. در نهایت، ادغام GW231123 به عنوان موفقیتی برجسته در مسیر رمزگشایی از پرخشونت‌ترین و مرموزترین رخدادهای کیهان ثبت شده است. تلاش‌های مشترک LIGO، Virgo و KAGRA مرزهای نجوم رصدی را گسترش داده، فهم ما از سیر تحول کیهان را عمیق‌تر و مسیرهای جدیدی برای پژوهش در زمینه امواج گرانشی، فیزیک سیاه‌چاله‌ها و قوانین بنیادی حاکم بر فضا و زمان گشوده است.