شرح: اندمج ثقبان أسودان منذ مليارات السنين ، لكن الأمر يحير العلماء الآن
يكتشف LIGO و Virgo إشارات من موجات الجاذبية المنبعثة أثناء الاندماج. كان أحد الثقوب السوداء الأصلية ذا كتلة وسيطة غير عادية ، مما يتحدى المعرفة العلمية التقليدية. ما هو المفهوم بشكل عام ، وما الذي يفسر هذا الحجم غير العادي؟
يوضح مفهوم الفنان مخططًا هرميًا لدمج الثقوب السوداء. (الائتمان: LIGO / Caltech / MIT / R Hurt [IPAC]) منذ مليارات السنين ، أدى تصادم بين ثقبين أسودين إلى موجات ثقالية تموج عبر الكون. في عام 2019 ، كانت الإشارات من هذه الموجات تم الكشف عنها في مرصد الموجات الثقالية LIGO (الولايات المتحدة) وكاشف Virgo (إيطاليا).
ومع ذلك ، فإن ما أثار حماس العلماء هو كتلة أحد الثقوب السوداء الأم ، والتي تتحدى المعرفة التقليدية لكيفية تشكل الثقوب السوداء.
تم وصف الاكتشاف والتحليل في ورقتين بحثيتين. واحد في خطابات المراجعة المادية ، وتفاصيل الاكتشاف وتقترح الطرق المحتملة التي يمكن أن يحدث بها الاندماج غير المعتاد. الورقة الأخرى ، في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، يناقش الخصائص الفيزيائية للإشارة.
ما الذي تم الكشف عنه بالضبط؟
لقد كانت إشارة من موجة الجاذبية ، مجال اكتشاف جديد نسبيًا. موجات الجاذبية هي تموجات غير مرئية تتشكل عندما ينفجر نجم في مستعر أعظم. عندما يدور نجمان كبيران حول بعضهما البعض ؛ وعندما يندمج ثقبان أسودان. السفر بسرعة الضوء ، تضغط موجات الجاذبية وتمدد أي شيء في طريقها.
تم اقتراح موجات الجاذبية من قبل ألبرت أينشتاين في نظريته العامة للنسبية منذ أكثر من قرن. لكن في عام 2015 فقط تم اكتشاف أول موجة جاذبية - بواسطة ليجو. منذ ذلك الحين ، كان هناك عدد من الاكتشافات اللاحقة لموجات الجاذبية.
كانت الإشارة المكتشفة في LIGO و Virgo ، كما وصفها LIGO Collaboration ، تشبه حوالي أربع اهتزازات قصيرة واستمرت أقل من عُشر ثانية.
من أين أتى؟
اقترح التحليل اللاحق أن GW190521 قد نشأ على الأرجح عن طريق اندماج اثنين من الثقوب السوداء. من المحتمل أن تمثل الإشارة لحظة اندماج الاثنين. تم حساب أنه أتى من حوالي 17 مليار سنة ضوئية ، ومن وقت كان فيه الكون حوالي نصف عمره.
لكن هذه النتائج أدت إلى مزيد من الأسئلة. يقع أحد الثقبين الأسودين المندمجين في نطاق كتلة متوسط - وهو أمر غير ملائم لا يمكن تفسيره بالمعرفة التقليدية لكيفية تشكل الثقوب السوداء.
لماذا هو غير معتاد؟
جميع الثقوب السوداء التي لوحظت حتى الآن تنتمي إلى فئتين. فئة واحدة تتراوح بين بضع كتل شمسية (كتلة شمسية واحدة هي كتلة شمسنا) وعشرات من الكتل الشمسية. يُعتقد أن هذه تتشكل عندما تموت النجوم الضخمة.
الفئة الأخرى من الثقوب السوداء الهائلة. وتتراوح هذه من مئات الآلاف إلى بلايين المرات من شمسنا.
وفقًا للمعرفة التقليدية ، فإن النجوم التي يمكن أن تلد ثقوبًا سوداء بين 65 و 120 كتلة شمسية لا تفعل ذلك - النجوم في هذا النطاق تنفجر نفسها عندما تموت ، دون أن تنهار في ثقب أسود.
ولكن في الاندماج الذي أدى إلى إشارة GW190521 ، كان الثقب الأسود الأكبر يتكون من 85 كتلة شمسية - ضمن هذا النطاق غير المتوقع ، والمعروف باسم فجوة كتلة عدم الاستقرار الزوجي. إنه أول ثقب أسود متوسط الكتلة يتم ملاحظته على الإطلاق. (في الواقع ، الثقب الأسود الأصغر هو أيضًا خط حدودي ، عند 66 كتلة شمسية).
اندمج الاثنان لإنشاء ثقب أسود جديد بحوالي 142 كتلة شمسية. تم إطلاق طاقة تعادل ثماني كتل شمسية على شكل موجات ثقالية ، مما أدى إلى أقوى موجة اكتشفها العلماء حتى الآن.
كيف يمكن للثقب الأسود ذي الكتلة غير العادية أن يتشكل؟
يقترح الباحثون أن الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته 85 كتلة شمسية لم يكن نتاجًا لانهيار نجم ، ولكنه كان في حد ذاته نتيجة اندماج سابق. تشكلت نتيجة تصادم بين اثنين من الثقوب السوداء ، ومن المرجح أن الثقب الأسود الجديد اندمج بعد ذلك مع ثقب أسود كتلته 66 كتلة شمسية - مما أدى إلى موجات الجاذبية والإشارة التي يتلقاها LIGO و Virgo.
شارك الموضوع مع أصدقائك:
