سيستخدم علماء الفلك موجات الجاذبية لمراقبة سمفونية الثقب الأسود

Send

تعتبر الثقوب السوداء من بين الأجسام الأكثر روعة في الكون ، لكنها تظل بعيدة المنال لأنها كثيفة بشكل لا يصدق ، وجاذبيتها قوية لدرجة أنه لا يمكن للضوء حتى الهروب من قبضتها. للكشف عن الثقوب السوداء المختبئة عبر الكون ، لجأ الباحثون إلى مجال ناشئ من الأبحاث يعرف باسم علم الفلك الموجي الثقالي.

موجات الجاذبية هي تشوهات ، أو تموجات ، في نسيج المكان والزمان الناتج عن حركة الأجسام الضخمة. في عام 2015 ، اكتشف الفلكيون حركة موجات الجاذبية لأول مرة باستخدام مقاريب مرصد موجات التداخل بالليزر الأرضي (LIGO) في لويزيانا وواشنطن. في هذه الحالة ، تم إنتاج التموجات عن طريق اصطدام عنيف بفتحتين أسودتين ضخمتين تدوران حول المدار تعرفان باسم الثقب الأسود الثنائي.

باستخدام LIGO وتقنيات المراقبة الأخرى ، تهدف دراسة جديدة إلى رسم صورة أكثر اكتمالاً للثقوب السوداء - خاصة تلك التي تنتمي إلى فئة أكثر غموضًا تعرف بالثقوب السوداء متوسطة الكتلة (IMBHs).

وقال كاران جاني ، عالِم الفيزياء الفلكية من جامعة فاندربيلت والمؤلف الرئيسي للدراسة ، لـ Space: "عندما انضممت إلى LIGO ، أدركت أن سنواتي من المحاكاة النسبية العامة للثقوب السوداء يمكن إحضارها لتطوير مطاردة فيزيائية فلكية جديدة لـ IMBHs". كوم

تقع IMBHs في مكان ما بين الكتلة الفائقة - على الأقل مليون مرة أكبر من شمسنا - والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية - أصغر ، ولكنها لا تزال أكبر من كتلة الشمس إلى 5 إلى 50 مرة.

قال جاني: "إن IMBHs خاصة جدًا في العقد الافتتاحي لعلم الفلك الموجي الثقالي. من بين كل مصدر الفيزياء الفلكية المعروف الذي ينبعث منه موجات الجاذبية ، نذكر أن كلاً من LIGO و LISA [هوائي الفضاء المتداخل بالليزر] أكثر حساسية لدمج IMBHs". "من خلال هاتين التجربتين ، يمكننا عمليا مسح جميع ثنائيات IMBH في الكون."

وأضاف جاني أن الفلكيين لم يتمكنوا حتى الآن من اكتشاف هذه الثقوب السوداء بعيد المنال ومتوسطة الحجم مباشرة. وبالتالي ، فإن منهجه هو دراسة الترددات المختلفة لموجات الجاذبية المنبعثة من الثقوب السوداء للحصول على فهم أفضل لنشاط IMBH.

وقال جاني في بيان من جامعة فاندربيلت "مثل الأوركسترا السيمفونية تصدر صوتًا عبر مجموعة من الترددات ، فإن موجات الجاذبية المنبعثة من الثقوب السوداء تحدث بترددات وأوقات مختلفة". "بعض هذه الترددات هي عرض النطاق الترددي العالي للغاية ، بينما البعض الآخر عرض النطاق الترددي المنخفض ، وهدفنا في الحقبة القادمة من علم الفلك الموجي الجاذبية هو التقاط ملاحظات متعددة النطاقات لكل من هذه الترددات من أجل" سماع الأغنية بأكملها ، عندما يتعلق الأمر بالثقوب السوداء ".

يعتقد أن IMBHs هي البذور التي تنمو منها الثقوب السوداء الهائلة. على سبيل المثال ، قد تنمو الثقوب السوداء عن طريق التهام الثقوب السوداء الأخرى. في منطقة المادة المسببة للثقب المحيطة بالثقب الأسود ، والمعروف أيضًا باسم قرص التنامي ، تسحب قوى الجاذبية القوية الغاز والنجوم والغبار وحتى الثقوب السوداء الأخرى. أي مادة تقترب بشدة من خطر أن يتم تجاوزها بعد أفق الحدث - النقطة التي لا تستطيع بعدها الهروب من جاذبية الثقب الأسود.

وقال جاني لموقع Space.com: "بمجرد أن يحاصر IMBH ثقب أسود آخر في محيطه ، سيكون هناك موجة من إشعاع الجاذبية". "يمكن لـ LIGO التقاط هذا الإشعاع عند اصطدام هذه الثقوب السوداء."

ستكون مهمة LISA المقترحة - بقيادة مشتركة من وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا - قادرة على الكشف عن موجات الجاذبية منخفضة التردد وقياسها بدقة ، وهو ما يمثل تحديًا للكاشفات الأرضية ، بسبب حركة الزلازل على كوكبنا أو حتى الاهتزازات من مرور سيارة. من المقرر إطلاقه في عام 2034 ، سيكون LISA أول كاشف مخصص لموجات الجاذبية الفضائية.

وقال جاني "مع بعثة ليزا ، وجدت دراستنا أنه يمكن تسجيل الإشعاع من IMBHs قبل بضع سنوات على الأقل من اصطدامهم المشؤوم". "هذا الإشعاع هو حرفيا الزمكان الذي يتم تشويهه خارج أفق الحدث لـ IMBHs. على عكس إشارة الراديو أو الأشعة السينية ، لا يفقد إشعاع الجاذبية المعلومات أثناء انتقاله إلى مليارات السنين الضوئية قبل الوصول إلينا."

لذلك ، من خلال الجمع بين الملاحظات من كاشفات LIGO ، التي تلتقط موجات الجاذبية عالية التردد ، وأجهزة الكشف المستقبلية مثل مهمة LISA ، والتي ستقيس موجات الجاذبية منخفضة التردد ، يأمل الباحثون في سد الفجوات في الفهم الحالي للثقوب السوداء.

تم نشر دراستهم في 18 نوفمبر في مجلة Nature Astronomy.