جاسوسی از سیاهچاله موقع بلعیدن ستاره نوترونی
اگر این آشکارسازی تایید شود دریچههای جدیدی به روی نظریه نسبیت عام آینشتاین و فیزیک ماده کرانی باز خواهد کرد.
چارلی وود، ترجمه کیوان فیضاللهی: حدود ۸۷۰ میلیون سال پیش، دو ستاره مرده با هم یکی شدند. این ادغام عظیم تاروپود فضا را به لرزه درآورد و موج گرانشی حاصل از آن رویداد چهارشنبه دو هفته پیش از زمین عبور کرد. سه جفت لیزری که با دقت بسیار بالایی برای آشکارسازی گذر چنین امواجی از زمین طراحی شدهاند، توانستند این موج باستانی را تشخیص دهند. درست ۲۱ ثانیه پس از آشکارسازی موج یک سامانه خودکار هشدار اولیهای صادر کرد و گوشیهای هوشمند و لپتاپها در سرتاسر دنیا به صدا درآمد.
اکنون سه سال از اعطای جایزه نوبل برای نخستین آشکارسازی امواج گرانشی ناشی از ادغام یک جفت سیاهچاله میگذرد و اینگونه هشدارها برای دانشمندان عادی شده است. اما این بار اخترفیزیکدانان بیدرنگ متوجه شدند که رویداد رصدشده یک مورد خاص است. جفری لاولیس (G.Lovelace)، استاد دانشگاه ایالتی کالیفرنیا و عضو همکاری علمی «رصدخانه تداخلسنج لیزری موج گرانشی» (LIGO)، در این باره میگوید: «وقتی دادهها را دیدم فکم افتاد.»
این موج ۱۴ اوت امسال توسط «لایگو» (LIGO) در آمریکا و همچنین رصدخانه «ویرگو» (Virgo) در ایتالیا آشکارسازی شد. بررسی خودکار اولیه، این موج را نتیجه یک ادغام بیسابقه میان دو جرم ارزیابی کرد که بسیار سبکتر از آن بودند که در دستهبندیهای متعارف قرار گیرند. بنابراین اخترشناسان مجبور شدند دنبال نشرهای الکترومغناطیسی بیشتری از این رویداد بگردند. نتایج تحلیلهای بعدی نشان داد که این سیگنال را باید در دسته برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی قرار داد. ستاره نوترونی در واقع بقایای ستاره بسیار متراکمی است که در آن گرانش باعث شده جرم یک خورشید کامل در کرهای به ابعاد یک شهر فشرده شود. این نخستین مورد از چنین رویدادی است که با اطمینان آشکارسازی شده و بعد از کشمکش دو سیاهچاله و ادغام دو ستاره نوترونی، سومین نوع از رویدادهای کیهانی است که تاکنون به واسطه امواج گرانشی تشخیص داده شده است. اگر نتایج تحلیلهای اخیر پابرجا باقی بماند، این رویدا موسوم به S۱۹۰۸۱۴bv به معنی سرآغاز دوره جدیدی در پژوهشهای اخترشناختی خواهد بود. این رویداد همچنین معانی ضمنی مهمی برای چگونگی درک دانشمندان از نظریه نسبیت عام آینشتاین، مرگ ستارهها و رفتار ماده کرانی خواهد داشت.
خارج از نمودار
چاد هانا (C.Hanna)، پژوهشگر لایگو و اخترفیزیکدان دانشگاه ایالت پنسیلوانیا، سرگرم جشن سالگرد ازدواجش بود که گوشیاش خاموش شد. گروه تحت هدایت او متخصص دستهبندی سریع رویدادهای لایگو هستند. وقتی خبر به او رسید، فورا از طریق کامپیوتر به شبکه وصل شد تا جزئیات موج را بررسی کند. به گفته او «نخستین چیزی که متوجه شدم این بود که ماجرا بینهایت مهم است، به نوعی یک سیگنال خارج از نمودار بود.»
کانال ارتباطی الگوریتمیک همکاری لایگو-ویرگو تقریبا بدون فوت وقت بر اساس شکل موج، مدتش و سایر فاکتورها یک دستهبندی پایه برای این رویداد اعلام کرد. هدف گروه تحت هدایت هانا این بود که نتیجه را ظرف کمتر از ۲۰ ثانیه اعلام کنند تا اخترشناسان در سرتاسر دنیا بتوانند فوراً تلسکوپهایشان را به آن سمتی از آسمان بچرخانند که موج از آنجا آمده.
سامانه خودکار همان روز با اطمینان اعلام کرد که دستکم یکی از دو جرمی که باعث رویداد شده در محدوده جرمی نادری موسوم به «شکاف جرم» قرار دارد، برهوتی در حد فاصل ۳ تا ۵ برابر جرم خورشید که ظاهراً عاری از سیاهچاله و ستاره نوترونی است. جرم بیشتر سیاهچالههای شناختهشده بیش از ۵ برابر خورشید است و تمام ستارههای نوترونی شناختهشده نیز از دل ستارههای سبکتری متولد شدهاند که جرم کافی برای تبدیل شدن به سیاهچاله را نداشتند و درنتیجه جرمشان کمتر از ۳ جرم خورشیدی است. این نخستین بار است که لایگو-ویرگو رویدادی را در شکاف جرم شناسایی میکند، دستاوردی که میتواند منجر به باریکتر شدن مرز جدایی نظری میان سنگینترین ستاره نوترونی و سبکترین سیاهچاله باشد.
به گفته جیمز لتیمر (J.Lattimer)، استاد اخترشناسی دانشگاه استونی بروکس، «این چیزی است که مدتها در انتظارش بودم». لتیمر که یکی از پیشگامان اخترفیزیک هستهای است در رساله دکترایش در سال ۱۹۷۶ نشان داد ادغام سیاهچاله با ستاره نوترونی میتواند منجر به فوران عناصر سنگینی مانند طلا و آلومینیوم به فضا شود.
پژوهشگران آوریل گذشته نیز موج مشابهی را آشکارسازی کرده بودند اما نتوانستند تایید کنند که منشأ آن در اعماق فضاست. آن موقع مدلسازیها نشان دادند احتمال اینکه موج آشکار شده یک سیگنال قلابی ناشی از منابع زمینی باشد یک به ۷ است. این یعنی این نوع آشکارسازی جعلی تقریبا در هر ۲۰ ماه یکبار تکرار میشود. اما در مورد اخیر سیگنال به حدی واضح بود که احتمال قلابی بودنش یکبار در چند تریلیون سال است. به گفته لاولیس «وقتی این عدد از سن جهان بیشتر است مطمئن میشوید که با یک چیز واقعی سروکار دارید.»
شکار نور
در ابتدا آشکارساز ویرگو در ایتالیا و تنها یکی از دو آشکارساز لایگو موج را تشخیص دادند اما در ادامه پژوهشگران توانستند دادهها را به صورت دستی از آشکارساز دوم لایگو نیز استخراج کنند. دادههای سه آشکارساز به پژوهشگران امکان داد با مثلثبندی بتوانند موقعیت منبع موج در آسمان را دقیقتر معلوم کنند. به گفته جوسلین رید (J.Read)، اخترفیزیکدان دانشگاه ایالتی کالیفرنیا و عضو لایگو، «وقتی نقشه آسمان را باز کردم متوجه شدم که آنها در واقع به طور اتفاقی دادههای جدیدی برای یک لکه خالی از آسمان ارائه کردهاند.»
موقعیت محدودشده که چیزی حدود ۰.۰۶ درصد از کل مساحت آسمان بود، برای گروههای اخترشناسی شکارچی مثل یک هدیه بود. این اخترشناسان در پی شکار درخشش آنی پرتوهای گاما یا نور مرئی هستند که میتواند هنگام مرگ یک ستاره نوترونی رخ دهد. به گفته مارسل سوارس-سانتوس (M.Soares-Santos)، کیهانشناس دانشگاه براندیس که مسئول رصدهای بعدی این رویداد با استفاده از دوربین انرژی تاریک در یک تلسکوپ ۴ متری در شیلی بود، «در اصل، پوشش دادن چنین ناحیه محدودی کار چند دقیقه است.»
ممکن است سیاهچاله ستاره نوترونی را تکهپاره کرده باشد و حلقهای از بقایای تابناک بجا گذاشته باشد که به‌تدریج به درون معده منتظر سیاهچاله کشیده شدند. سناریوی دیگر این است که سیاهچاله توانسته ستاره نوترونی را یک لقمه چپ کند و یکجا ببلعد و درنتیجه چیز زیادی برای دیدن باقی نگذاشته است. شبیهسازیهای لایگو-ویرگو درمورد این رویداد سناریوی دوم را پیشبینی میکنند اما هیچکس با اطمینان نمیداند که چه روی داده است.
در جستجوی نوترینیوم
نظریههای متعددی درباره ستارههای نوترونی وجود دارد. فیزیکدانان هستهای مدتهاست در پی آنند که نیمنگاهی به درون این اجرام بیندازند، جایی که ماده با چنان چگالیهای بالایی حضور دارد که حتی بهترین مدلهای کنونی را نیز به چالش میکشد. برای مثال اگر فشار درون این اجرام بتواند نوترونها را در پلاسمایی از ذرات بنیادی حل کند، برخی ستارههای نوترونی با جرم خاص باید کوچکتر از ستارههای نوترونی دیگری به نظر برسند که جرمشان به این اندازه نیست. ویژگیهای ظریف موج گرانشی اخیر که ناشی از حرکت مارپیچ ستاره نوترونی به سوی سیاهچاله است، میتواند اندازه ستاره و همچنین چگالی مادهای را که آن را پر کرده است، برملا کند. همچنین مشاهده یا عدم مشاهده درخشش آنی ناشی از این رویداد نیز میتواند حدهایی برای اندازه ستاره تعیین کند. این نوع اندازهگیریهای دقیق از ابعاد یک ستاره نوترونی، به گفته بن مارگالیت (B.Margalit)، پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه برکلی، «به نوعی جام مقدس فیزیک هستهای است.»
بلعیده شدن یک ستاره نوترونی توسط یک سیاهچاله همچنین میدان جدیدی است برای آزمودن نسبیت عام در شرایط کرانی. اعمال نظریه گرانش آینشتاین به بافت هموار فضازمان پیرامون یک سیاهچاله به خودی خود کار بسیار دشواری است. وارد کردن ماده داغ و مغناطیسی متلاطم یک ستاره نوترونی - مادهای غیرعادی که گاهی از آن به عنوان «نوترونیوم» یاد میشود - به ماجرا، چالش را به سطح آشفته جدیدی ارتقاء میدهد.
رویداد هیجانانگیز اخیر حتی اگر هیچ یک از رازهای طبیعت را افشا نکند، جای نگرانی نخواهد بود چون پژوهشگران اطمینان دارند این صرفا نخستین مورد از رویدادهای فراوانی است که در راهند. به گفته لاولیس «امیدوارم چیزهایی درباره ادغام سیاهچاله-ستاره نوترونی به ما بگوید. اما حتی در غیر اینصورت هم واقعا مرا خوشبین میکند که آسمان گرانشی درخشان است.»
منبع: سازندگی
24
