سقوط تایتان‌ها: ادغام قریب‌الوقوع سیاهچاله‌های غول‌پیکر پیش‌بینی شده است!!

رویدادی که قبلا دیده نشده بود، می‌تواند جرقه آتش بازی کیهانی را روشن کند، اما بسیاری می‌ترسند که این اتفاق نیفتد و شاهد آن نباشند.

در این شبیه‌سازی، یک جفت سیاهچاله بسیار پرجرم در آستانه ادغام هستند، رویدادی که اخترشناسان آرزوی دیدن آن را داشتند. مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا

تیک … تاک … بوم؟ اخترشناسان می‌گویند در مرکز کهکشانی در فاصله 1.2 بیلیون سال نوری زمین، نشانه‌هایی دیده‌اند که نشان می‌دهد دو سیاهچاله غول‌پیکر، با جرمی بالغ بر صدها میلیون خورشید، برای یک ادغام فاجعه‌آمیز در 100 روز پس از آن آماده می‌شوند. اکنون. این رویداد، اگر اتفاق بیفتد، برای نجوم بسیار مهم خواهد بود و نمایی اجمالی از مکانیسمی را ارائه می‌دهد که مدتها پیش‌بینی شده بود، اما هرگز شاهد رشد و افزایش جرم سیاهچاله‌ها نبودیم. همچنین ممکن است یک انفجار نور در سراسر طیف الکترومغناطیسی را سبب شود و همچنین موجی از امواج گرانشی و ذرات شبح مانند به نام نوترینو را آزاد کند که می‌تواند جزئیات دقیق برخورد را آشکار کند.

هوان یانگ، عضو تیم موسسه محیطی در واترلو، کانادا می‌گوید، ستاره‌شناسان دیگر که مشتاق به تایید سیگنال‌های تناوبی بودند، به سرعت برای شروع رصد ایمن بوسیله تلسکوپ هجوم آوردند. او می‌گوید: «ما افرادی را دیده‌ایم که خیلی سریع عمل می‌کنند. اما کان از رصدخانه کونکولی در بوداپست مجارستان شروع به جستجو در آرشیو مشاهدات رادیویی برای تایید سیگنال کرد. او می‌گوید: «اگرانفجار (برخورد یا اثر برخورد دوسیاهچاله)  اتفاق بیفتد، خیلی چیزها را تأیید می‌کند.

اما این پیش‌بینی ممکن است یک سراب باشد. اسکات رانسوم از رصدخانه ملی نجوم رادیویی که شواهد ارائه شده را “بسیار غیرمعمول” می‌بیند، می‌گوید: مشخص نیست که کهکشان مشاهده‌شده دارای یک جفت سیاه‌چاله است، چه رسد به یک جفت سیاهچاله که در شرف ادغام هستند.

تصور می‌شود که سیاه‌چاله‌های کلان جرم در مرکز اکثر کهکشان‌ها (اگر نه همه آنها) کمین کرده‌اند، اما نظریه‌‌پردازان نمی‌دانند که چگونه این‌قدر بزرگ می‌شوند (افزایش جرم می‌یابند). برخی به صورت پراکنده مواد اطراف را می‌مکند و به شدت آن را گرم می‌کنند و باعث می‌شوند کهکشان به صورت یک هسته به اصطلاح فعال کهکشانی درخشان (AGN) بدرخشد. اما (به اصطلاح) قطره قطره اضافه شدن مواد ممکن است برای توضیح حجم سیاهچاله‌ها کافی نباشد. آنها می‌توانند از طریق ادغام سریعتر اضافه وزن پیدا کنند: پس از برخورد کهکشان‌ها، سیاهچاله‌های مرکزی آنها (کهکشانها) از نظر گرانشی به هم متصل می‌شوند و به تدریج با هم مارپیچی می‌شوند.

چنین جفت سیاهچاله‌ای به راحتی قابل تشخیص نیست. تلسکوپهای اشعه ایکس تعداد انگشت‌شماری AGN را با دو منبع مرکزی درخشان و مجزا کشف کرده‌اند، اما سیاهچاله‌های احتمالی صدها سال نوری از هم فاصله دارند و تا بیلیونها سال با هم برخورد نخواهند کرد. هنگامی که آنها نزدیکتر می‌شوند، جدا کردن نور آنها با تلسکوپ تقریبا غیرممکن است. اما برخی از AGNها به طور منظم کم نور و روشن می‌شوند که ستاره‌شناسان اخیراً استدلال کرده‌اند که نشانه آن است که جفت سیاهچاله‌هایی را در خود جای داده‌اند که به دور یکدیگر می‌چرخند و به طور منظم مواد اطراف را می‌چرخانند و گرم می‌کنند. برخی از این نوسانات دوره‌ای محو شده‌اند. رانسوم می‌گوید: ‌AGNها (هسته‌های ‌فعال کهکشانی) انواع کارهای دیوانه‌کننده‌ای(عجیب و غریبی) را انجام می‌دهند که ما نمی‌فهمیم.

در داده‌های یک تلسکوپ در کالیفرنیا به نام Zwicky Transient Facility(ZTF)، تیمی به رهبری نینگ جیانگ از دانشگاه علم و فناوری چین به طور تصادفی به یک AGN دوره‌ای به نام SDSSJ1430+2303 برخورد کردند. جیانگ می‌گوید: «اولین غریزه من این بود که باید به یک جفت سیاه‌چاله کلان جرم مرتبط باشد.

سپس، محققان در روندی که آنها به عنوان یک جفت سیاهچاله دوتایی که به ادغام نزدیک می‌شوند تعبیر می‌کنند چیز دیگری یافتند. چرخه‌ها کوتاه‌تر می‌شدند و در عرض 3 سال از 1 سال به 1 ماه می‌رسیدند. یوجون لو، اخترفیزیکدان نظری در رصدخانه ملی نجوم چین که عضوی از این تیم نبود، می‌گوید: این اولین گزارش رسمی از دوره‌هایی که با گذشت زمان کاهش یافته است.

محققان تأیید نوسانات ماهانه را در مشاهدات اشعه ایکس از رصدخانه Swiftatory Nail Gehrels Swift  تایید کردند.. آنها در این مقاله گزارش می‌دهند که اگر این روند کاهشی ادامه یابد، سیاهچاله‌هایی که به گفته جیانگ به اندازه فاصله خورشید تا پلوتون به یکدیگر نزدیک می‌شوند، در 100 تا 300 روز آینده ادغام خواهند شد.

کان می‌گوید: «باید یک انفجار عظیم در سراسر طیف الکترومغناطیسی، از پرتوهای گاما تا رادیو وجود داشته باشد. برخی همچنین انتظار دارند سیل نوترینوها، که آشکارساز IceCube در قطب جنوب می‌تواند آنها را بگیرد و تشخیص دهد. این آشکارساز مجهز به حسگرهای نور برای تشخیص برخوردهای نوترینو می‌باشد. با این حال، هیچ کدام قطعی نیستند. بعضی از آنها صدای شدید انفجار را پیش‌بینی می‌کنند. رانسون می‌گوید: «ما واقعاً نمی‌دانیم چه انتظاری از این رویداد داشته باشیم.

تنها سیگنال قطعی امواج گرانشی است، اما توده‌های برخورد سنگین سیگنال‌های امواج گرانشی را با فرکانس بسیار پایینی ساطع می‌کنند که توسط آشکارسازهایی مانند رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری قابل دریافت نیستند که برای ادغامهای کوچک‌تر تنظیم شده است. با این حال، آنها باید اثری در خود فضاـ زمان به جای بگذارند، نوعی آرامش در حافظه امواج گرانشی (‘اثر حافظه گرانشی’ پیش‌بینی می‌کند که یک موج گرانشی عبوری باید برای همیشه ساختار زمان ـ فضا را تغییر دهد. فیزیکدانان این پدیده را به پایه‌های اساسی کیهانی و یک راه‌حل بالقوه برای پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله مرتبط کرده‌اند) که می‌توان آن را طی سال‌ها با نظارت بر پالس‌های مترونومیک بقایای ستاره‌ای در حال چرخش به نام تپ‌اخترها شناسایی کرد. (مترجم: پالسهایی هستند که دارای یک ضرب آهنگ و سرعت خاصی هستند و این تپ‌اخترها به عنوان مترونوم کیهانی برای اندازه‌گیری تغییر پیدا کردن نظم پالس‌های حاصل از برخورد امواج گرانشی با تپ اختر استفاده می‌شوند و دارای همبستگی هستند که بستگی به محل مترونوم کیهانی یا تپ اختر دارد). رانسوم می‌گوید: «اندازه‌گیری سیگنال کار بسیار دشواری است، اما این امر قطعی است، یک شلیک موج های گرانشی از ادغام سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم که همانند شلیک تفنگ و دود کردن آن است.

اما رانسوم برای ناامیدی آماده است. او و دیگران اشاره می‌کنند که تیم پیش‌بینی خود را فقط بر تعداد معدودی از چرخه‌های مشاهده شده استوار می‌کند. نظریه‌پرداز دانیل دورازیو از موسسه نیلز بور در کپنهاگ، دانمارک می‌گوید برخی از جنبه‌های منحنی نور AGN نیز شک و تردیدهایی را ایجاد می‌کند. برای مثال، او می‌گوید، آرشیو ZTF نشان می‌دهد که SDSSJ1430+2303 در سال‌های قبل از کشف آن توسط تیم جیانگ، فاقد نوسان دوره‌ای بوده است. تابش کم‌نور و ثابت آن بیشتر شبیه یک AGN استاندارد با یک سیاه‌چاله منفرد بود. دورازیو می‌‌پرسد: “چرا [نوسان] اکنون آغاز شده است؟” “من مطمئن نیستم که چگونه این انتشار ثابت با مدل‌های انتشار دوتایی مطابقت دارد.

مشاهدات در ماه‌های آینده باید نشان دهد که آیا این نوسان به کوتاه شدن ادامه می‌دهد یا خیر. این تیم مجبور شد رصد خود را در آگوست 2021 (زمانی که مدار زمین موقعیت  کهکشان دور را بسیار نزدیک به خورشید قرار داد) متوقف کند، تا تلسکوپ‌ها بتوانند آن را ایمن و راحت رصد کنند. مشاهدات در ماه نوامبر مجدداً شروع شد، اما از آن به بعد به دلیل اشکالات فنی هر دو مجموعه ZTF  (یک مشارکت عمومی و خصوصی است که هدف آن مطالعه سیستماتیک آسمان شب امواج نوری است) وSwift  این امر میسر نشد.

اندرو فابیان از دانشگاه کمبریج یکی از اخترشناسانی است که با اعمال  زمان در کاوشگر ترکیب داخلی ستاره نوترونی ناسا و همچنین  یک تلسکوپ پرتو ایکس متصل به ایستگاه فضایی بین‌المللی، امیدی واهی و سراب مانند را دنبال می‌کند. او می‌گوید: «اگر این درست است، پس مهم است که تا آنجا که ممکن است مشاهدات زیادی را دریافت کنیم تا ببینیم چه می‌کند. فابیان می‌گوید که احتمال وقوع چنین ادغامی (از نوع سیاهچاله‌ای)  در نزدیکی زمین در هر سال یک در 10000 است. او نسبت به قریب‌الوقوع بودن آن شک دارد، اما می‌گوید ارزش دارد چند ماه پایش شود (بررسی شود) تا ببینیم آیا این ادعا پابرجاست یا خیر. او می‌گوید: اتفاقات نادری رخ می‌دهد.

مترجم: مرتضی نادری‌فرد

منبع:

Crash of the titans: imminent merger of giant black holes predicted BYDANIEL CLERY

https://www.science.org/content/article/crash-titans-imminent-merger-giant-black-holes-predicted