اخترشناسان موفق به رصد برخورد دو سیاهچاله با جزئیاتی بینظیر شدهاند که نهتنها ماهیت این اجرام اسرارآمیز کیهانی را روشنتر از همیشه نشان میدهد، بلکه پیشبینیهای دههها پیش فیزیکدانان افسانهای، آلبرت اینیشتین و استیون هاوکینگ را تأیید میکند.
این رویداد که GW۲۵۰۱۱۴ نامگذاری شده است، نخستینبار در ژانویه سال جاری توسط رصدخانه امواج گرانشی با تداخلسنج لیزری (لایگو) شناسایی شد. این رصدخانه از دو دستگاه مشابه در لوئیزیانا و واشنگتن تشکیل شده است. این .دستگاهها امواج گرانشی را شناسایی کردند؛ همان موجهای ضعیفی در فضازمان که در اثر برخورد دو سیاهچاله به یکدیگر تولید میشوند
جستوجو برای امواج گرانشی، پدیدهای که در سال ۱۹۱۵ بهعنوان بخشی از نظریه نسبیت اینیشتین پیشبینی شد، تنها راه تشخیص برخورد سیاهچالهها از روی زمین است. خود اینیشتین باور داشت این امواج آنقدر ضعیف هستند که فناوری انسان هرگز قادر به شناسایی آنها نخواهد بود، اما در سپتامبر ۲۰۱۵، لایگو برای نخستین بار آنها را ثبت کرد و بعدها سه دانشمندی که نقش کلیدی در توسعه این تلسکوپ سیاهچالهای داشتند، برنده جایزه نوبل شدند.
به گفته ماکسیمیلیانو ایسی، استاد نجوم در دانشگاه کلمبیا، هر یک از دو سیاهچاله تازهکشفشده حدود ۳۰ تا ۳۵ برابر جرم خورشید بودند و بسیار آهسته میچرخیدند. این دو سیاهچاله حدود یک میلیارد سال نوری از زمین فاصله داشتند و بهطور تقریب در مداری دایرهوار به دور یکدیگر میچرخیدند. سیاهچاله نهایی حاصل از برخورد حدود ۶۳ برابر جرم خورشید بود و با سرعت ۱۰۰ دور در ثانیه میچرخید.
ویژگیهای یادشده این ادغام را به نسخهای بهطور تقریب مشابه با اولین کشف بزرگ دهه پیش تبدیل کرده است، اما این بار به دلیل بهبود چشمگیر ابزارها، اخترشناسان توانستهاند این دو سیاهچاله را با وضوح بسیار بیشتری هنگام نزدیک شدن و ادغام مشاهده کنند.
لایگو که دو ابزار کوچکتر مشابه در ایتالیا و ژاپن نیز دارد، توسط جامعه علمی جهانی متشکل از حدود ۱۶۰۰ پژوهشگر مدیریت میشود. این ابزار با شناسایی کشیدگیهای بسیار کوچک در فضا که توسط امواج گرانشی ایجاد میشوند، کار میکند. به گفته ایسی، این کشیدگیها به اندازه یک هزارم شعاع هسته اتم است. دانشمندان تاکنون از این ابزار برای مشاهده بیش از ۳۰۰ ادغام سیاهچالهای استفاده کردهاند.
وضوح بیسابقه این رویداد به اخترشناسان اجازه داد تا دو پیشبینی مهم را تأیید کنند؛ نخستین پیشبینی که در سال ۱۹۶۳ توسط ریاضیدان نیوزیلندی، روی کر، ارائه شد، بر پایه نظریه نسبیت عام اینیشتین استوار است و میگوید سیاهچالهها باید اجرامی بهطور متناقضآمیزی ساده باشند که تنها با یک معادله توصیف میشوند. ایسی توضیح میدهد: «سیاهچالهها بسیار مرموز و پیچیده هستند، اما از نظر ریاضی باید تنها با دو عدد توصیف شوند: جرم و سرعت چرخش.»
برای آزمایش این نظریه، پژوهشگران از ویژگی منحصربهفرد برخورد سیاهچالهها استفاده کردند: زنگ زدن یا ارتعاشی همچون یک ناقوس که پس از برخورد توسط سیاهچاله نهایی تولید میشود. این زنگ شامل اطلاعاتی درباره ساختار سیاهچاله و فضای اطراف آن است. گرچه این پدیده پیشتر به طور ضعیفی مشاهده شده بود، رویداد GW۲۵۰۱۱۴ سیگنالی با دو حالت بسیار واضحتر بازگرداند. ایسی میگوید: «ما دو مؤلفه از این زنگ را شناسایی کردیم که به ما اجازه داد آزمایش کنیم آیا این سیاهچاله واقعاً با تنها دو عدد جرم و چرخش قابل توصیف است یا خیر.»
دومین پیشبینی تأییدشده، قضیهای است که استیون هاوکینگ در سال ۱۹۷۱ مطرح کرد: «وقتی دو سیاهچاله ادغام میشوند، سطح نهایی باید بزرگتر یا مساوی مجموع سطوح اولیه باشد. ایسی میگوید: «این قضیه عمیق اما بسیار ساده میگوید که سطح کل یک سیاهچاله هرگز نمیتواند کاهش یابد، فقط میتواند بزرگتر شود یا ثابت بماند.»
سیاهچالهها بسیار مرموز و پیچیده هستند، اما از نظر ریاضی باید تنها با دو عدد توصیف شوند: جرم و سرعت چرخش کیپ تورن، یکی از سه برنده نوبل برای مشارکت در پروژه لایگو، گفت هاوکینگ به محض اطلاع از کشف امواج گرانشی در سال ۲۰۱۵ با او تماس گرفت تا بپرسد آیا لایگو قادر به آزمایش قضیه او هست یا خیر. تورن افزود: «اگر هاوکینگ زنده بود، از دیدن افزایش سطح سیاهچالههای ادغامشده لذت میبرد.»
ایسی تأکید میکند که تأیید این پیشبینیهای بنیادین دههها بعد با ابزارهای پیشرفته، شگفتانگیز است و میتواند پیامدهایی برای یکی از مهمترین اهداف فیزیک داشته باشد: تلفیق نسبیت عام (که گرانش را توصیف میکند) با مکانیک کوانتوم (که به دنیای زیراتمی مربوط میشود).
او در پایان میگوید: «لایگو شاخه کاملاً جدیدی از اخترشناسی را خلق کرده است. پیش از فعال شدن لایگو، مردم حتی مطمئن نبودند که سیاهچالهها میتوانند با هم برخورد کنند و به این شکل تشکیل شوند.»
