5 دقیقه
ده سال پس از اولین آشکارسازی: غرش کیهانی شفافتر
ده سال پس از اولین آشکارسازی مستقیم امواج گرانشی، یک سیگنال جدید و استثنائاً قوی به فیزیکدان‌ها امکان داد تا قانونی پایه‌ای در فیزیک سیاهچالهها را با دقتی بی‌سابقه آزمون کنند. این نتیجه که در Physical Review Letters منتشر شده و توسط همکاری بین‌المللی LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) گزارش شده، رویداد GW250114 است که شباهت زیادی به اولین آشکارسازی، GW150914، دارد، اما بهدلیل یک دهه ارتقای آشکارسازها با وضوح بسیار بیشتری دریافت شده است.
امواج گرانشی اعوجاجاتی در فضا-زمان هستند که توسط اجسام شتاب‌دار مانند ادغام سیاهچالهها و ستاره‌های نوترونی تولید می‌شوند. کشف GW150914 در سال ۲۰۱۵ — نخستین رصد مستقیم این امواج — پیش‌بینی نسبیت عام اینشتین را تأیید کرد و نجوم امواج گرانشی را آغاز نمود. از آن زمان، آشکارسازهای LIGO در آمریکا، Virgo در ایتالیا و KAGRA در ژاپن صدها سیگنال را ثبت کرده‌اند و تنها در دور رصدی چهارم فهرست رویدادها به‌طور چشمگیری گسترش یافته است.
سیگنالهای امواج گرانشی ثبت‌شده توسط آشکارساز LIGO هنفورد که تقریباً ده سال از یکدیگر فاصله دارند. (LIGO/J. Tissino (GSSI)/R. Hurt (Caltech-IPAC))
آزمون قضیه مساحت هاوکینگ با GW250114
رویداد تازه اعلام‌شده GW250114 از ادغام دو سیاهچاله دوتایی ناشی می‌شود که جرمها و دورانشان شباهت زیادی به سیاهچالههای GW150914 دارد. وجه تفاوت در نسبت سیگنال به نویز است: GW250114 حدود چهار برابر «بلندتر» است و این امکان را برای برآورد پارامترها با دقت بیشتر فراهم میکند. تحلیل LVK اندازه‌گیری‌های دو سیاهچالهٔ اولیه و سیاهچالهٔ باقیمانده را جدا کرد و سپس مناطق افق رویداد متناظر را مقایسه نمود.
این اندازهگیری به‌طور مستقیم قانون دوم مکانیک سیاهچالهها که معمولاً قضیه مساحت نامیده می‌شود را آزمایش میکند. بیش از پنجاه سال پیش، استیون هاوکینگ و جیکوب بکنشتاین تصویری ترمودینامیکی از سیاهچالهها ارائه دادند: بکنشتاین مساحت افق رویداد یک سیاهچاله را با آنتروپی مرتبط ساخت و هاوکینگ نشان داد که در فرایندهای کلاسیک مساحت کاهش نمییابد. با اندازهگیری جرم و دوران پیش و پس از ادغام — دو کمیتی که مساحت افق را تعیین میکنند — دانشمندان می‌توانند بررسی کنند آیا مساحت افق نهایی لااقل برابر مجموع مساحتهای اولیه است یا نه.
این شبیه‌سازی امواج گرانشی تولیدشده توسط دو سیاهچاله در حالِ گردش را نشان میدهد.
داده‌های GW250114 با مدل‌های نظری موج‌فرم به‌طور استثنایی مطابق هستند. تیم LVK گزارش میدهد که مساحت افق نهایی استنتاج‌شده سازگار با — و بزرگتر از — مجموع مساحتهای سیاهچالههای اولیه است، که قوی‌ترین تأیید تا کنون برای قضیه مساحت هاوکینگ را فراهم میکند.
پیامدها برای فیزیک بنیادی و جستجوهای آینده
این نتیجه تصویر ترمودینامیکی سیاهچالهها را تقویت میکند و از نسبیت عام کلاسیک در رژیم میدان قوی و دینامیکی پشتیبانی میکند. از آنجا که مساحت افق با آنتروپی مرتبط است، این یافته همچنین با قانون دوم ترمودینامیک هنگام تعامل سیاهچالهها سازگار است.
این آشکارسازی شامل مشارکت تیم‌های جهانی بود، از جمله پژوهشگران استرالیایی از مرکز تعالی کشف امواج گرانشی (OzGrav). حساسیت بالاتر آشکارسازها در این پیشرفت نقش حیاتی دارد: سیگنالهای شفافتر امکان آزمون فرضیه‌های عجیب درباره گرانش کوانتومی، گرانش اصلاحشده و نشانههای احتمالی ماهیت ماده تاریک در تعامل با اجسام فشرده را فراهم می‌آورد.
امواج گرانشی مشاهده‌شده GW250114 (LVK 2025). داده‌های مشاهده‌شده با خاکستری روشن نشان داده شده‌اند. منحنی آبی نرم نشان‌دهنده بهترین برازش مدل‌های نظری موج‌فرم است که تطابق بسیار خوبی با سیگنال مشاهده‌شده نشان میدهد. (همکاری LIGO، Virgo و KAGRA)
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا مارکز، اخترفیزیکدان (خیالی)، می‌گوید: «GW250114 یک نقطه عطف است زیرا به ما اجازه میدهد سیاهچالههای اولیه و نهایی را با دقتی مقایسه کنیم که ده سال پیش قابل دستیابی نبود. تأیید قضیه مساحت در یک بستر مشاهداتی حلقه‌ای طولانی‌مدت بین نظریه و اندازهگیری را می‌بندد و زمینه را برای آزمونِ اصلاحات کوانتومی در آنتروپی سیاهچاله فراهم میکند.»
در آینده، ارتقای مداوم آشکارسازها و رصدخانه‌های نسل بعدی برنامه‌ریزی‌شده فهرست رویدادهای با کیفیت بالا را گسترش خواهند داد. هر ادغام بلند و جدید فرصت تازه‌ای برای آزمون گرانش، بررسی ترمودینامیک سیاهچالهها و جستجوی انحرافاتی است که می‌تواند به فیزیک نوین اشاره کند — از جمله محدودیت‌هایی بر نامزدهای ماده تاریک یا بینشی درباره جنبه‌های کوانتومی افق‌ها.
نتیجه‌گیری
GW250114 شفاف‌ترین تأیید مشاهداتی تا کنون را ارائه میدهد که ادغام سیاهچالهها از قضیه مساحت هاوکینگ پیروی میکنند: مساحت افق پس از برخورد از مجموع مساحتهای پیشین کمتر نیست. این نتیجه پیوند میان مکانیک سیاهچاله و ترمودینامیک را تقویت میکند، نسبیت عام را در شرایطی افراطی تأیید میکند و نشان میدهد چگونه حساسیت بهتر آشکارسازهای امواج گرانشی پنجره‌های نوینی به سوی فیزیک بنیادی می‌گشاید.
منبع: sciencealert
.avif)
نظرات