چه چیزی در مرکز سیاهچاله کمین کرده است؟ مطالعه امواج فضا-زمان ناشی از برخورد سیاهچاله ها می تواند پاسخی را به ما ارائه دهد.
به گزارش سیناپرس همدان، سیاهچاله ها یکی از مرموزترین اجرام در جهان هستند. این تا حدی به این دلیل است که معادلات نسبیت عام که ما برای درک آنها استفاده می کنیم، هنگام مطالعه مراکز فوق چگال سیاهچاله ها ناقص می ماند. با این حال، یک مقاله جدید نشان می دهد که چگونه ستاره شناسان می توانند روزی با استفاده از امواج گرانشی برای “دیدن” درون سیاهچاله های ادغام شده، بر این چالش غلبه کنند و یاد بگیرند که آنها واقعا از چه چیزی ساخته شده اند.
در نظریه نسبیت عام انیشتین، سیاهچاله ها اجسامی هستند که به دلیل گرانش بسیار قوی خود مانع از فرار نور می شوند. مرز یک سیاهچاله به عنوان افق رویداد شناخته می شود، اگر از آن آستانه عبور کنید، هرگز نمی توانید از آن خارج شوید. نسبیت همچنین پیش بینی می کند که مراکز سیاهچاله ها نقاطی با چگالی بی نهایت زیاد هستند که به عنوان تکینگی شناخته می شوند.
وجود تکینگی ها به این معنی است که خود معادلات در حال نقض شدن هستند. بی نهایت ها در ریاضیات ظاهر می شوند که از محاسبات بیشتر جلوگیری می کند. بنابراین می دانیم که نسبیت عام ناقص است. باید یک نظریه بنیادی‌تر وجود داشته باشد که احتمالاً به فیزیک کوانتومی و مقیاس‌های زیراتمی مرتبط است و می‌تواند آنچه را که در مرکز یک سیاهچاله اتفاق می‌افتد، به درستی توصیف کند.
ما هنوز هیچ نظریه کوانتومی کاملی از گرانش نداریم، اما چندین نامزد داریم. به عنوان مثال، نظریه ریسمان وجود دارد که پیش بینی می کند تمام ذرات جهان در واقع از رشته های ارتعاشی بسیار ریز ساخته شده اند. همچنین در گرانش کوانتومی حلقه‌ای وجود دارد که می‌گوید خود فضا-زمان از تکه‌های ریز و غیرقابل تقسیم مانند پیکسل‌های روی صفحه کامپیوتر ساخته شده است.
هر دوی این رویکردها می توانند تکینگی سنتی در مرکز سیاهچاله را با چیز دیگری جایگزین کنند. اما وقتی تکینگی را جایگزین می‌کنید، معمولاً افق رویداد را نیز حذف می‌کنید. دلیلش این است که افق رویداد توسط کشش گرانشی نامتناهی تکینگی ایجاد می شود. بدون تکینگی، کشش گرانشی صرفاً بسیار قوی است، اما بی‌نهایت نیست، و بنابراین تا زمانی که با سرعت کافی فرار کنید، همیشه می‌توانید از مجاورت یک سیاهچاله بگریزید.
در برخی از تغییرات نظریه ریسمان، تکینگی و افق رویداد با شبکه های در هم تنیده گره های درهم تنیده فضازمان جایگزین می شوند. در گرانش کوانتومی حلقه ای، تکینگی به قطعه ای بسیار کوچک و بسیار متراکم از ماده عجیب و غریب تبدیل می شود. در مدل‌های دیگر، کل سیاهچاله با یک پوسته نازک از ماده یا توده‌هایی از انواع جدیدی از ذرات اشاره شده جایگزین می‌شود.
میکروسکوپ های گرانشی
راز سیاه چاله
با نزدیک ترین سیاهچاله های شناخته شده در فاصله هزاران سال نوری، آزمایش این مدل ها دشوار است. اما گاهی اوقات سیاهچاله ها اطلاعات مهمی را برای ما فراهم می کنند، به خصوص زمانی که با هم ادغام می شوند. وقتی این کار را انجام می‌دهند، سیلی از امواج گرانشی را آزاد می‌کنند که امواجی در فضا-زمان هستند که می‌توان با ابزارهای حساس روی زمین، مانند رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری (LIGO) و آزمایش‌های VIRGO، آنها را شناسایی کرد.
تا کنون، تمام مشاهدات ادغام سیاهچاله ها با مدل سیاهچاله وانیلی پیش بینی شده توسط نسبیت عام مطابقت دارد. اما مقاله ای که در 30 نوامبر در مجله arXiv منتشر شد، نشان می دهد که ممکن است در آینده با ارتقا نسل های جدید رصدخانه های امواج گرانشی تغییر کند.
بر اساس این مقاله، نکته کلیدی امواج گرانشی ساطع شده در طول فرایند ادغام مشخص نیست، بلکه امواج گرانشی است که بلافاصله پس از آن منتشر می شود. هنگامی که ادغام به پایان رسید و دو سیاهچاله به یک جسم واحد تبدیل شدند، جرم ادغام شده جدید با مقدار زیادی انرژی مانند یک زنگ در حال ارتعاش است. این مرحله “رینگ پایین” یک علامت موج گرانشی مشخص دارد.
با مطالعه این نشانه ها، محققین ممکن است روزی بتوانند تشخیص دهند که کدام نظریه سیاهچاله معتبر است و کدام نه. هر مدل سیاهچاله تفاوت‌هایی را در امواج گرانشی ساطع شده در مرحله چرخش پیش‌بینی می‌کند، که ناشی از تفاوت‌ها در ساختار داخلی سیاهچاله است. با ساختارهای مختلف سیاهچاله، انواع مختلفی از امواج گرانشی بیرون می‌آیند.
ستاره شناسان امیدوارند که نسل بعدی آشکارسازهای امواج گرانشی به اندازه کافی حساس باشد تا بتواند این تغییرات کوچک پیش بینی شده را در نشانه های حلقه را تشخیص دهد. اگر این کار را انجام دهند، تصور ما از سیاهچاله ها را به طور اساسی تغییر خواهند داد و ما را در کشف عمیق ترین اسرار آنها به جلو سوق خواهند داد.
منبع: livescience
مترجم: کیانوش کرمی