ویاتک | اخبار حوزه دانش، فناوری و تکنولوژی به همراه مطالب علمی جذاب

سیاه‌چاله‌هایی که باعث ایجاد امواج گرانشی می‌شوند باید بسیار بزرگ باشند

+

در ماه فوریه سال جاری میلادی دانشمندان رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری، لایگو (LIGO)، برای اولین بار در تاریخ بشریت موفق شدند که امواج گرانشی را بیابند. با این کشف بسیار بزرگ آن‌ها یکی از مهم‌ترین نظریه‌های تاریخ را اثبات کردند. این امواج گرانشی که بافت فضا-زمان را تغییر می‌دهند وقتی به وجود می‌آیند که دو سیاه‌چاله پیش از آن‌که با یک‌دیگر ترکیب شوند و انفجاری عظیم را به وجود آورند ابتدا با سرعت بسیار زیادی (چندین بار در ثانیه) به دور یک‌دیگر می‌گردند.

به تازگی محققان موفق شده‌اند که ریشه‌ی اصلی این سیاه‌چاله‌های غول پیکر را محاسبه کنند. محققان با انجام محاسباتی پیچیده دریافتند که این دو سیاه‌چاله، در زمان‌های بسیار دور دو خورشید بسیار بزرگ بوده‌اند و ۱۲ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند، یعنی تنها ۲ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ. محققان به تازگی در مجله Nature اعلام کرده‌اند که چگونه توانسته‌اند به یک چنین نتیجه‌ی دقیقی در خصوص ریشه سیاه‌چاله‌ها دست یابند و گفته‌اند از یک شبیه‌ساز پیچیده کامپیوتری با نام “Synthetic Universe” استفاده می‌کنند. این مدل کامپیوتری توانایی شبیه‌سازی کل تاریخ جهان را دارد. یعنی می‌تواند تمامی اتفاقاتی که پس از انفجار بزرگ رخ دادند و باعث شدند جهان ما به شکل امروزی تکامل پیدا کند را به ترتیب شبیه‌سازی کند.

کریس بِلچینسکی، متخصص اخترفیزیک در دانشگاه ورسا در خصوص این شبیه‌ساز گفت:

Chris Belczynski

ما در رایانه خود یک مدل کامل از تمام جهان هستی داریم. این شبیه‌ساز پُر است از ستاره‌هایی که از زمان بیگ بنگ تا به امروز شکل گرفته‌اند. کنترل تمامی این‌ها دست شماست  و می‌توانید به شبیه‌ساز اجازه دهید که کار خود را ادامه دهد و جهان را به تکامل برساند، ستاره‌ها را به سیاه‌چاله تبدیل کند و یا هر کار دیگری را انجام دهد. شما برای این جهان شبیه‌سازی شده نقش خدا را بازی می‌کنید.

گفته شده که در این مدل کامپیوتری، نسخه‌ای شبیه‌سازی شده از آشکارساز لایگو قرار دارد که می‌تواند حالات مختلف اجرام و اشیایی که با گذر زمان رصد می‌شوند را تعیین کند. به کمک این مدل، کریس بِلچینسکی و گروهش می‌توانند به روزهای اولیه جهان بازگردند و نوع ستاره‌هایی که باعث به وجود آمدن دو سیاه‌چاله‌ای که توسط لایگو دیده شدند را محاسبه کنند. البته تنها کاربرد این شبیه ساز دیدن گذشته و ریشه ستاره‌ها نیست، بلکه می‌توان به کمک آن رویدادهای آینده را نیز پیش‌بینی کرد در واقع دو سیاه‌چاله‌ای که توسط رصدخانه لایگو در سال جاری دیده شدند و امواج گرانشی را ایجاد می‌کردند، پیش‌تر در سال ۲۰۱۰ توسط کریس بِلچینسکی پیش‌بینی شده بودند. او برای این پیش‌بینی بسیار دقیق از این مدل کامپیوتری کمک گرفته بود. در آن زمان این پیش‌بینی بر خلاف عقیده‌ی دانشمندان بود. بِلچینسکی می‌گوید در آن زمان بسیاری از جامعه ستاره شناسان بر این باور بودند این امواجی که برای اولین بار توسط لایگو پیش‌بینی شده بودند، در واقع حاصل ترکیب دو سیاه‌چاله نبوده‌اند بلکه از ترکیب دو ستاره‌ی نوترونی به وجود آمده‌اند. اما بعدها معلوم شد که این افراد در اشتباه بوده‌اند و امواج گرانشی به وجود آمده حاصل ترکیب شدن دو سیاه‌چاله بوده است. تا به حال رصدخانه لایگو سه پیش‌بینی انجام داده است که تا به امروز دو عدد از آن‌ها به اثبات رسیده‌اند و آن یکی که باقی مانده نیز به زودی به اثبات می‌رسد. تمامی این پیش‌بینی‌ها ۶ سال پیش توسط کریس بِلچینسکی انجام شدند.

حال به کمک این مدل شبیه‌ساز جهانی، بِلچینسکی پیش‌بینی کرده که کشفیات بزرگی بر سر راه ما قرار دارند و به زودی انجام خواهند شد. تا وقتی که رصدخانه لایگو مجدداً در پاییز سال جاری شروع به رصد آسمان می‌کند، شبیه‌ساز رایانه‌ای می‌تواند در حدود ۶۰ پیش‌بینی از ترکیب سیاه‌چاله‌ها را بیابد و اگر میزان حساسیت رصدخانه در اوج خود باشد، شبیه‌ساز در هر سال قادر به یافتن ۱۰۰۰ فرآیند ترکیب سیاه‌چاله خواهد بود.

ns_gw_art__1_.0

طبق محاسبات بِلچینسکی، تعداد زیادی از سیاه‌چاله‌هایی که با یک‌دیگر ترکیب می‌شوند و لایگو آن‌ها را می‌یابد جرم زیادی دارند. وقتی سیاه‌چاله‌ها با یک‌دیگر ترکیب می‌شوند جرم مشترک آن‌ها بین ۲۰ الی ۸۰ برابر جرم خورشید خواهد بود. GW150914 نام اولین موج گرانشی است که توسط لایگو رصد شد و این موج توسط دو سیاه‌چاله در حال ترکیب به وجود آمد و جرم آن‌ها به ترتیب ۳۶ و ۲۹ برابر جرم خورشید بود. وقتی این دو با یک‌دیگر ترکیب شدند، جرم سیاه‌چاله نهایی ۶۵ برابر خورشید ما بود! البته این مقدار در برابر سیاه‌چاله‌های کلان جرم چیزی به حساب نمی‌آید. گفته می‌شود در مرکز کهکشان NGC4261 سیاه‌چاله‌ای قرار دارد که جرم آن ۴۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است!

بِلچینسکی می‌گوید این دو سیاه‌چاله در نوع خود بزرگ هستند. در کهکشان راه شیری به طور معمول جرم سیاه‌چاله‌ها ۵ الی ۱۰ برابر خورشید است. از آن‌جایی که دو سیاه‌چاله‌ی غول پیکر باعث به وجود آمدن موج گرانشی GW150914 شدند، بنابراین آن‌ها باید از ستاره‌هایی غول پیکر به وجود آمده باشند. سیاه‌چاله‌ها معمولاً پس از مرگ ستاره‌ها به وجود می‌آیند و هرچه ستاره بزرگ‌تر باشد، پس از مرگش سیاه‌چاله بزرگ‌تری به وجود می‌آید. بِلچینسکی می‌گوید آن دو ستاره بسیار بزرگ بوده‌اند و هر کدام از آن‌ها جرمی بین ۴۰ الی ۱۰۰ برابر خورشید داشته‌اند.

این دو ستاره به احتمال زیاد درصد کمی از فلزات و مواد را داشته‌اند و این یعنی در آن دو، عناصر سنگین‌تر از هلیوم چندان زیاد نبوده است. ستاره‌هایی که درصد بالایی از عناصر و فلزات را در خود جای داده‌اند، باد خورشیدی (باد خورشیدی جریانی ثابت از ذرات باردار بالای جو یک ستاره است) ایجاد می‌کنند. این باد با هر بار وزش، از جرم ستاره کم می‌کند. بِلچینسکی می‌گوید اگر باد خورشیدی زیادی وجود داشته باشد، ستاره وزن بیشتری را از دست می‌دهد و سبک می‌شود و پس از مرگش یک سیاه‌چاله کوچک باقی خواهد ماند. پس نتیجه می‌گیریم آن دو سیاه‌چاله‌ای که با هم ترکیب شدند، به دلیل بزرگی که داشته‌اند نتیجه‌ی مرگ دو ستاره غول پیکر بوده‌اند.

وجود کم عناصر در این ستاره‌ها یکی از دلایلی است که مدل‌های بِلچینسکی پیش‌بینی می‌کنند آن‌ها از جهان‌های اولیه هستند. درست پس از وقوع انفجار بزرگ، درصد بسیار کمی از مواد در جهان وجود داشتند و عناصری مانند هیدروژن و هلیوم اولین ستاره‌ها را شکل دادند. اما آن دسته از ستاره‌هایی که عناصر سنگین و فلزات بیشتری در آن‌ها تولید می‌شد، پس از مرگشان تبدیل به ابرنواختر می‌شدند و عناصر درون خود را به صورت گاز در جهان پخش می‌کردند. این گاز سرشار از فلز و مواد دیگر، کمک کرد تا نسل بعدی ستاره‌ها شکل بگیرند. این ستاره‌ها نیز مواد و عناصر را در خود تولید می‌کردند و پس از مرگشان آن‌ها را به صورت گاز مجدداً در جهان پخش می‌کردند. این چرخه از میلیاردها سال پیش تا به امروز ادامه دارد. پس نتیجه می‌گیریم ستاره‌های جدید در درون خود درصد بالایی از عناصر سنگین را دارند و طبق گفته‌های بالا، این عناصر سنگین باعث از دست رفتن وزن ستاره شده و پس از مرگشان سیاه‌چاله‌های کوچکی برجا می‌ماند.

اما چرا برای به وجود آمدن موج گرانشی، باید سیاه‌چاله سنگین باشد؟

فرض کنید یک صفحه پلاستیکی منعطف را در اختیار دارید، یک صفحه نرم. حال بر روی این صفحه یک توپ تنیس را قرار می‌دهید و آن توپ شروع به غلتیدن کرده و در مسیری مستقیم حرکت می‌کند و به راحتی جابه‌جا می‌شود. اما کافیست به جای توپ تنیس، از توپ بسکتبال استفاده کنید که جرم بیشتری دارد. در این صورت صفحه پلاستیکی، تغییر شکل می‌دهد! علاوه بر این، توپ نیز نمی‌تواند در مسیر مستقیم حرکت کند زیرا جرم بیشتری دارد و موج می‌زند. در فضا نیز این گونه است، هرچه جرم بیشتر باشد، امواج گرانشی بیشتر و قدرتمندتری تولید خواهند شد.

البته در حال حضر نیز در جهان ما کهکشان‌هایی یافت می‌شوند که ستاره‌هایشان درصد کمی از فلزات را در خود جای داده‌اند و بِلچینسکی نیز این موضوع را به خوبی می‌داند و به همین دلیل است که می‌گوید “جهان ما یکسان نیست و تکامل، یکنواخت نیست”. اما ممکن است ستاره‌هایی که باعث به وجود آمدن موج گرانشی GW150914 شدند به تازگی شکل گرفته و به سیاه‌چاله تبدیل شده باشند. اما این امکان، درصد احتمال پایینی دارد و به احتمال زیاد منتفی خواهد بود.

بِلچینسکی در ادامه صحبت‌هایش گفت:

Chris Belczynski

پیش‌بینی ما این است که این ستاره‌ها در گذشته‌ای بسیار دور شکل گرفته و نابود شدند. پس از مرگشان دو سیاه‌چاله به وجود آمده که بعدها شروع به گردش به دور یک‌دیگر کرده‌اند و در نهایت به تازگی با هم ترکیب شدند و موج گرانشی را به وجود آوردند.

نظر شما در خصوص گفته‌های بالا چیست؟ آیا بِلچینسکی حقیقت را می‌گوید یا این که احتمال نادرست بودن گفته‌های وی وجود دارد؟

منبع:

واکنش شما:
like
1
love
0
haha
0
wow
0
sad
0
angry
0

دیدگاه ها

0 دیدگاه

avatar

wpDiscuz

© تمامی حقوق برای وبسایت ویاتک محفوظ است. نقل مطالب سايت تنها با ذکر و لینک به منبع مجاز است.