يلتقط العلماء موجات الصدمة من تصادم المجرات

التقط العلماء موجات الصدمة من مدارات الثقوب السوداء الهائلة في قلب المجرات البعيدة عندما تبدأ في الاندماج.

قد يكون هذا أول دليل مباشر على أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تشوه المكان والزمان أثناء دورانها حول بعضها البعض.

النظرية هي أن هذه هي الطريقة التي تنمو بها المجرات. الآن قد يرى علماء الفلك حدوث ذلك قريبًا.

تحدث هذه الانحرافات طوال الوقت ، في جميع أنحاء الكون.

كان الاتحاد الأوروبي لمصفوفة توقيت النجوم النابضة (EPTA) ، بقيادة البروفيسور مايكل كرامر من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون ، أحد المجموعات التي حققت هذا الاكتشاف.

وقال لبي بي سي نيوز إن هذا الاكتشاف لديه القدرة على تغيير نظرة علماء الفلك للكون إلى الأبد.

“قد يخبرنا ما إذا كانت نظرية الجاذبية لأينشتاين خاطئة ؛ قد تخبرنا ما هي المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، المادة الغامضة التي تشكل معظم الكون ، وقد تمنحنا نافذة جديدة على مبادئ الفيزياء.”

قد تقدم دراسة أخرى رؤى جديدة حول الدور الذي تلعبه الثقوب السوداء فائقة الكتلة في تطور جميع المجرات.

قالت الدكتورة ريبيكا بولر ، من جامعة مانشستر ، لبي بي سي نيوز إن الباحثين يعتقدون أن هناك ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في قلب كل المجرات ، والتي تنمو منذ مليارات السنين. لكن حتى الآن كل شيء نظري.

“نحن نعلم أن هناك الكثير من الثقوب السوداء ، لكننا لا نعرف كيف وصلت إلى هناك. أحد الاحتمالات هو اندماج ثقوب سوداء أصغر ، لكن هناك القليل من الأدلة الرصدية على ذلك.

وقال “لكن مع هذه الملاحظات الجديدة رأينا مثل هذا الارتباط لأول مرة ، وسوف يخبرنا بشكل مباشر عن كيفية تشكل الثقوب السوداء الهائلة”.

تم إجراء الملاحظات من خلال دراسة إشارات من النجوم الميتة تسمى النجوم النابضة. تقوم هذه الأجهزة بتدوير وإرسال رشقات من الإشارات الراديوية على فترات زمنية دقيقة للغاية.

لكن الباحثين ، ومن بينهم علماء فلك من تلسكوب لوفيل في جوتريل بنك في تشيشاير وجامعة برمنغهام ، وجدوا أن هذه الإشارات تصل دائمًا إلى الأرض إما بشكل أسرع أو أبطأ. يقولون إن الانحراف الزمني يتوافق مع موجات الجاذبية الناتجة عن دمج الثقوب السوداء الهائلة في جميع أنحاء الكون.

قال الدكتور ستانيسلاف باباك ، من مختبر APC في CNRS بفرنسا ، إن موجات الجاذبية تحمل معلومات حول “بعض أفضل أسرار الكون”.

تختلف موجات الجاذبية المكتشفة حديثًا عن تلك التي تم اكتشافها حتى الآن. هذه الموجات المبكرة ناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء الصغيرة جدًا ذات الحجم النجمي مع بعضها البعض.

يُعتقد أن النوع الموصوف في أحدث الأبحاث يأتي من الثقوب السوداء ، والتي هي أكبر بمئات الملايين من المرات وتدور دائمًا حول بعضها البعض كلما اقتربت من بعضها البعض.

إن جاذبيتها قوية للغاية لدرجة أنها تشوه الزمان والمكان – وهي عملية تستمر لمليارات السنين حتى تندمج الثقوب السوداء الهائلة أخيرًا.

يمكن اعتبار موجات الجاذبية التي اكتشفها العلماء سابقًا على أنها قعقعة قصيرة ، في حين أن الموجات الجديدة أقرب إلى طنين الخلفية الذي يحيط بنا دائمًا.

خطوتهم التالية هي أخذ المزيد من القراءات والجمع بين الملاحظات. مع إحراز المزيد من التقدم ، يمكن أن يكون الهدف الآخر هو اكتشاف أزواج فردية من الثقوب السوداء فائقة الكتلة – بافتراض أنها موجودة في الدليل.

يمكن أن تحدث موجات الجاذبية أيضًا بسبب ظواهر مذهلة أخرى ، مثل الثقوب السوداء الأولى التي تم إنشاؤها على الإطلاق أو الهياكل الغريبة التي تسمى الأوتار الكونية ، وكلاهما يمكن اعتبارهما البذور التي نشأ منها الكون.

الجاذبية قوة ثابتة في حياتنا اليومية. في كل مرة تسقط فيها كوبًا يسقط على الأرض ويتحطم. لكن الجاذبية لا تتغير في الفضاء. يمكن أن يتغير ذلك إذا كانت هناك أحداث مفاجئة وكارثية – مثل اصطدام الثقوب السوداء.

كان الحدث كارثيًا لدرجة أن المكان والزمان مشوهان ، مما يؤدي إلى إرسال تموجات في جميع أنحاء الكون – كما يحدث عندما يتم إسقاط حصاة في بركة.

بالنسبة لموجات الجاذبية ، كل شيء في الكون – النجوم والكواكب وحتى نحن – هو الماء. يتم ضغط كل شيء وتمدده ، ثم سحقه وتسويته مع مرور التموجات من خلالنا. وكما هو الحال في حوض السباحة ، سرعان ما تصبح التموجات أصغر وتختفي.

تم اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء ذات الحجم النجمي مباشرة لأول مرة في عام 2015. قامت أنظمة الليزر عالية الحساسية بقياس التموجات المتكونة في اللحظات التي سبقت الاصطدام.

بالنسبة لنوع التموجات من إحداث ثقوب سوداء فائقة الكتلة ، يلتقط نهج النجم النابض تموجات تم إنشاؤها قبل مليارات السنين من الاندماج النهائي.

إنه مثل إلقاء الحصى باستمرار في البركة. مع حدوث اتصالات في كل مكان ، تأتي الإشارة على أنها نشاز.

نسقت EPTA النتائج مع InPTA في الهند ونشرت نتائجها في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.

نشرت ثلاث مجموعات بحثية منفصلة ومتنافسة في أمريكا الشمالية (NANOGrav) وأستراليا (PPTA) والصين (CPTA) تقديرات مماثلة ، مما أثار حماسة كبيرة في جميع أنحاء مجتمع الفيزياء وعلم الفلك.

يجب على العلماء أولاً تأكيد ملاحظاتهم. لم يكن لدى أي من المجموعات البحثية بيانات يمكنها اجتياز المعيار الذهبي باحتمالية خطأ أقل من مليون في واحد ، وهو أمر مطلوب عادةً للحصول على دليل قاطع – على الرغم من أن النتائج من المجموعات المختلفة مقنعة بالتأكيد.