چرا جهان پر از سیاهچالههای غیرممکن است؟ پژوهش جدید اخترفیزیکدانان شگفتزده کرد
بررسی صدها برخورد کیهانی توسط اخترفیزیکدانان نشان میدهد برخی از عجیبترین و سنگینترین سیاهچالههای جهان نه در اثر مرگ مستقیم ستارگان، بلکه در نتیجه ادغامهای پیاپی و چندنسلی در اعماق فضا شکل گرفتهاند.
پژوهشگران در مطالعهای جدید با تحلیل دادههای امواج گرانشی، به شواهدی دست یافتهاند که نشان میدهد جهان توانایی ساخت سیاهچالههای بزرگتر را از طریق برخورد و ادغام مکرر سیاهچالههای کوچکتر دارد. به اعتقاد دانشمندان، بسیاری از سیاهچالههای بسیار پرجرمی که امروزه شناسایی میشوند، در واقع «سیاهچالههای نسل دوم» یا حتی نسلهای بعدی هستند؛ اجرامی که حاصل چندین مرحله ادغام در طول تاریخ کیهان محسوب میشوند.
سیاهچالهها چگونه شکل میگیرند؟
براساس مدلهای پذیرفتهشده تکامل ستارهای، زمانی که یک ستاره بسیار پرجرم سوخت هستهای خود را به پایان میرساند، دیگر نیرویی برای مقابله با گرانش عظیم آن باقی نمیماند. در نتیجه هسته ستاره فرو میریزد و جسمی فوقالعاده متراکم به وجود میآید که میدان گرانشی آن به اندازهای قوی است که حتی نور نیز قادر به فرار از آن نیست؛ جسمی که آن را سیاهچاله مینامیم.
بیشتر سیاهچالههایی که از فروپاشی ستارگان شکل میگیرند، جرمی بین ۱۰ تا ۴۰ برابر جرم خورشید دارند. در سوی دیگر، سیاهچالههای کلانجرم قرار گرفتهاند که در مرکز کهکشانها دیده میشوند و جرم آنها میتواند به میلیونها یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید برسد.
معمای سیاهچالههای غیرممکن
میان سیاهچالههای معمولی و سیاهچالههای کلانجرم، گروهی از اجرام مرموز قرار دارند که جرم آنها بین ۴۰ تا ۱۰۰ برابر جرم خورشید است. وجود این اجرام سالهاست ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است.
طبق نظریههای کلاسیک، تشکیل مستقیم چنین سیاهچالههایی بسیار دشوار است. دلیل این موضوع پدیدهای به نام «ناپایداری جفتی» است. در ستارگان بسیار سنگین، تولید جفتهای الکترون و پوزیترون میتواند تعادل هسته را بر هم بزند و انفجاری عظیم ایجاد کند؛ انفجاری که ستاره را تقریباً به طور کامل نابود میکند و چیزی برای تبدیل شدن به سیاهچاله باقی نمیگذارد.
به همین دلیل، دانشمندان این دسته از اجرام را «سیاهچالههای غیرممکن» نامیدهاند؛ زیرا شکلگیری آنها با مدلهای سنتی سازگاری کامل ندارد.
امواج گرانشی راز را فاش کردند
با وجود پیشبینیهای نظری، آشکارسازهای امواج گرانشی در سالهای اخیر بارها نشانههایی از وجود این سیاهچالههای عجیب ثبت کردهاند.
امواج گرانشی در واقع لرزشهایی بسیار ضعیف در بافت فضا-زمان هستند که آلبرت اینشتین بیش از یک قرن پیش وجود آنها را در نظریه نسبیت عام پیشبینی کرده بود. این امواج زمانی تولید میشوند که اجرام فوقالعاده سنگینی مانند سیاهچالهها یا ستارههای نوترونی به دور یکدیگر بچرخند و سرانجام با هم برخورد کنند.
اولین مشاهده مستقیم امواج گرانشی در سال ۲۰۱۵ انجام شد و یکی از مهمترین دستاوردهای علمی قرن حاضر به شمار میرود. از آن زمان تاکنون دهها برخورد میان سیاهچالهها ثبت شده و اطلاعات ارزشمندی درباره ماهیت این اجرام در اختیار دانشمندان قرار گرفته است.
بررسی ۱۵۳ برخورد کیهانی
در پژوهش جدید، دانشمندان دادههای سه رصدخانه بزرگ امواج گرانشی جهان را مورد بررسی قرار دادند. این مجموعه شامل ۱۵۳ رویداد تأییدشده از ادغام سیاهچالهها بود که در میان آنها دهها سیاهچاله بسیار سنگین نیز مشاهده شد.
نتایج نشان داد سیاهچالههایی با جرم کمتر از حدود ۴۰ برابر خورشید معمولاً دارای چرخشهای آرام و منظم هستند. اما زمانی که جرم آنها از حدود ۴۵ برابر جرم خورشید فراتر میرود، الگوی متفاوتی ظاهر میشود.
این سیاهچالههای سنگینتر اغلب با سرعت بیشتری میچرخند و محور چرخش آنها نیز نامنظم و آشفته است؛ ویژگیای که به گفته پژوهشگران معمولاً در اجرامی مشاهده میشود که پیشتر در یک یا چند برخورد بزرگ شرکت کردهاند.
سیاهچالههای نسل دوم چگونه متولد میشوند؟
دانشمندان معتقدند بسیاری از این اجرام در خوشههای متراکم ستارهای شکل گرفتهاند؛ مناطقی که هزاران یا حتی میلیونها ستاره در فاصلهای نسبتاً نزدیک از یکدیگر قرار دارند.
در چنین محیطهایی احتمال برخورد میان اجرام سنگین بسیار بیشتر است. دو سیاهچاله میتوانند به یکدیگر نزدیک شوند، بخشی از انرژی خود را از طریق امواج گرانشی از دست بدهند و در نهایت با هم ادغام شوند. حاصل این برخورد، سیاهچالهای بزرگتر خواهد بود که ممکن است در آینده دوباره با سیاهچاله دیگری برخورد کند.
این چرخه میتواند بارها تکرار شود و در نهایت سیاهچالههایی را به وجود آورد که جرم آنها وارد محدوده به اصطلاح «غیرممکن» میشود.
جهان بسیار خشنتر از تصور ماست
یافتههای جدید نشان میدهد برخی از سنگینترین سیاهچالههای شناختهشده در جهان حاصل یک رویداد واحد نیستند، بلکه در طول چندین نسل از برخوردهای متوالی ساخته شدهاند.
اگر این فرضیه درست باشد، جهان مکانی بسیار پویاتر و خشنتر از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد. در این تصویر تازه، سیاهچالهها نه تنها پایان زندگی ستارگان هستند، بلکه خود میتوانند به مواد اولیه برای ساخت نسلهای جدید و سنگینتر از سیاهچالهها تبدیل شوند.
جمعبندی
پژوهش جدید اخترفیزیکدانان نشان میدهد معمای سیاهچالههای «غیرممکن» احتمالاً با فرآیند ادغامهای چندنسلی حل میشود. بررسی ۱۵۳ رویداد ثبتشده توسط آشکارسازهای امواج گرانشی نشان میدهد بسیاری از این اجرام عجیب حاصل برخوردهای پیاپی در خوشههای متراکم ستارهای هستند.
این کشف نهتنها درک دانشمندان از منشأ سیاهچالهها را تغییر میدهد، بلکه تصویری تازه از تکامل اجرام عظیم در سراسر کیهان ارائه میکند؛ تصویری که نشان میدهد جهان همچنان رازهای شگفتانگیز بسیاری برای آشکار کردن دارد.
