سیاهچاله ها داستان نوجوانی جهان را روایت می کنند


یک سیاهچاله معمولاً جایی است که اطلاعات ناپدید می شوند، اما دانشمندان ممکن است راهی برای استفاده از آخرین لحظات آن برای گفتن تاریخچه جهان به ما پیدا کرده باشند.

در یک مطالعه جدید، دو اخترفیزیکدان از دانشگاه شیکاگو روشی را برای استفاده از دو سیاهچاله در حال برخورد برای اندازه‌گیری نرخ انبساط کیهان و روشن کردن چگونگی تکامل جهان، از چه چیزی ساخته شده و به کجا می‌رود، پیشنهاد کرده‌اند.

دانشمندان بر این باورند که این روش جدید می تواند درباره دوران نوجوانی جهان به ما بگوید.

یک بحث علمی قابل توجه در حال انجام مربوط به سرعت انبساط جهان است. روش‌های مدرن مختلف پاسخ‌های متفاوتی می‌دهند و دانشمندان در حال رقابت برای یافتن راه‌های جایگزین برای اندازه‌گیری نرخ انبساط جهان هستند. مهم است که این موضوع را به درستی دریافت کنیم زیرا بر درک ما از سؤالات اساسی مانند سن، تاریخ و ساختار جهان تأثیر می گذارد. این مطالعه جدید انجام چنین محاسبه ای را با استفاده از آشکارسازهای ویژه ای که پژواک های کیهانی را از برخورد سیاهچاله ها دریافت می کنند، ممکن می سازد.

گاهی دو سیاهچاله با هم برخورد می کنند. این رویداد به قدری قدرتمند است که به معنای واقعی کلمه موج هایی در فضا-زمان ایجاد می کند که در سراسر جهان پخش می شود. بر روی زمین، رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنجی لیزری (LIGO) و رصدخانه Virgo ایتالیا می توانند این امواج را که امواج گرانشی نامیده می شوند، شناسایی کنند.

طی چند سال گذشته، رصدخانه های LIGO و Virgo داده هایی را در مورد تقریبا 100 جفت برخورد سیاهچاله جمع آوری کرده اند.

سیگنال حاصل از هر برخورد حاوی اطلاعاتی در مورد جرم سیاهچاله است، اما سیگنال با انبساط جهان در فضا حرکت می کند و ویژگی های سیگنال را تغییر می دهد. “دانیل هولتز” یکی از محققان این پروژه گفت: “به عنوان مثال، اگر یک سیاهچاله را بردارید و آن را زودتر در کیهان قرار دهید، سیگنال تغییر می کند و شبیه سیاهچاله ای بزرگتر از آنچه هست به نظر می رسد.

این روش می تواند دریچه ای منحصر به فرد به دنیای نوجوانی باشد که کشف آن با روش های دیگر دشوار است. اگر دانشمندان بتوانند راهی برای مشاهده چگونگی تغییر این سیگنال پیدا کنند، می توانند سرعت انبساط جهان را محاسبه کنند. سوال این است که آنها چگونه خواهند فهمید که جهان چقدر نسبت به نسخه اصلی تغییر کرده است؟

هولز و خوزه ماریا اسکیاگا، دانشمند ارشد این پروژه، در مقاله جدید خود پیشنهاد می کنند که می توان از دانش جدید در مورد کل جمعیت سیاهچاله ها برای این منظور استفاده کرد. به عنوان مثال، داده های فعلی نشان می دهد که جرم اکثر سیاهچاله های کشف شده بین 5 تا 40 جرم خورشید است.

آزکویاگا گفت: «ما جرم سیاه‌چاله‌های مجاور را اندازه‌گیری می‌کنیم و ویژگی‌های آن‌ها را درک می‌کنیم. سپس سیاهچاله‌های دورتر را بررسی می‌کنیم تا ببینیم تا چه اندازه حرکت کرده‌اند. این معیاری از انبساط جهان را ارائه می دهد.

محققان در مورد این مطالعه هیجان‌زده هستند زیرا در آینده با گسترش قابلیت‌های رصدخانه امواج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری، این تکنیک می‌تواند پنجره‌ای منحصر به فرد را به روی سال‌های نوجوانی جهان بگشاید که کشف آن با روش‌های دیگر دشوار است. آزکویاگا ادامه داد: ما علاقه زیادی به مطالعه انتقال بحرانی داریم، زمانی که از ماده تاریک که نیروی غالب در جهان است به انرژی تاریک حرکت کرده ایم.

به گفته محققان، مزیت دیگر روش پیشنهادی این است که عدم قطعیت کمتری دارد. هولز گفت: با استفاده از کل جمعیت سیاهچاله ها، این روش می تواند به طور مستقیم خطاها را تصحیح، شناسایی و تصحیح کند.

روش‌های دیگری که برای محاسبه استفاده می‌شوند، مبتنی بر درک فعلی ما از فیزیک ستارگان و کهکشان‌ها است که شامل بسیاری از موضوعات پیچیده در فیزیک و اخترفیزیک است.

هر چه محققان اطلاعات بیشتری در مورد تمام سیاهچاله ها داشته باشند، این محاسبات دقیق تر خواهند بود. هولتز گفت: «ترجیحاً به هزاران سیگنال نیاز داریم که باید طی چند سال آینده و حتی بیشتر داشته باشیم. در آن زمان، این یک راه فوق العاده قدرتمند برای شناخت جهان بود.

این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.