در سال ۲۰۲۳، رصدخانههای امواج گرانشی روی زمین رویدادی واقعاً عجیب را شناسایی کردند. دو سیاهچاله ستارهای بزرگ، با جرمی در محدودهای که انتظار میرود این اجرام بتوانند به آن برسند، با یکدیگر برخورد کردند و سیاهچالهای حتی بزرگتر ساختند. این رویداد بزرگترین ادغام سیاهچالهای مشاهدهشده تاکنون بود. اما پژوهش جدیدی نشان میدهد شاید چیزی که آشکارسازها قادر به مشاهده آن نبودند، باعث شده باشد همه ما فریب بخوریم.
بر اساس تفسیر سیگنالهای ثبتشده که با نام GW231123 شناخته میشود، در ابتدا دو سیاهچاله ستارهای وجود داشتهاند؛ اجرامی که در اثر انفجار ابرنواختری ستارگان شکل میگیرند. جرم یکی از آنها حدود ۱۰۳ برابر جرم خورشید و جرم دیگری حدود ۱۳۷ برابر جرم خورشید تخمین زده شده است.
سیاهچالههایی که از ابرنواخترها، یعنی مرگ انفجاری ستارگان پرجرم، شکل میگیرند، معمولاً نباید جرمی بیشتر از حدود ۱۵۰ برابر خورشید داشته باشند. بنابراین هر دو سیاهچاله موردنظر از نمونههای نسبتاً پرجرم محسوب میشوند.
ادغام این دو جرم، سیاهچالهای با جرمی بین ۱۹۰ تا ۲۲۵ برابر جرم خورشید ایجاد کرده است. جرمی در این محدوده باعث میشود این جرم در دسته سیاهچالههای با جرم متوسط یا Intermediate-Mass Black Hole قرار بگیرد؛ یعنی سیاهچالهای که برای شکلگیری مستقیم از یک ستاره بیش از حد بزرگ است، اما همچنان فاصله زیادی با سیاهچالههای کلانجرم مرکز کهکشانها دارد که جرمشان میتواند میلیونها برابر جرم خورشید باشد.
شاید همه ما فریب خورده باشیم
از یک طرف، این سیاهچاله میتواند حاصل ادغامهای قبلی سیاهچالهها باشد؛ اتفاقی که در موارد دیگری نیز شناسایی شده است. اما پژوهش جدید احتمال دیگری را مطرح میکند: شاید هیچکدام از این سیاهچالهها واقعاً به اندازهای که تصور میکنیم پرجرم نبودهاند و یک پدیده گرانشی عجیب باعث شده باشد ما جرم آنها را بیشتر از مقدار واقعی تخمین بزنیم؛ پدیدهای به نام همگرایی گرانشی یا عدسی گرانشی.
یک جرم بسیار پرجرم میتواند فضا-زمان اطراف خود را خم کند و باعث بزرگنمایی نور اجرام موجود در پسزمینه شود. همین پدیده میتواند روی امواج گرانشی نیز تأثیر بگذارد.
پژوهشگران چندین سناریو را بررسی کردهاند که میتواند نحوه شناسایی این رویداد و برخی ویژگیهای عجیب مشاهدهشده را توضیح دهد؛ در این سناریوها، یک جرم بسیار پرجرم در مسیر میان زمین و محل ادغام سیاهچالهها قرار گرفته است.
این فرضیه بسیار جالب است. یکی از احتمالات این است که ما این رویداد را به دلیل عدسی گرانشی یک جرم پرجرم مشاهده کردهایم. چنین جرمی باید جرمی در حدود ۱۰۰۰ برابر خورشید داشته باشد؛ موضوعی که میتواند نشاندهنده وجود یک سیاهچاله با جرم متوسط دیگر باشد.
وجود چنین جرمی میتواند برخی از ویژگیهای عجیب مشاهدهشده را توضیح دهد، اما اجرام دیگری نیز میتوانند اثر مشابهی ایجاد کنند. برای مثال، مرکز یک خوشه کروی، یعنی مجموعهای تقریباً کروی از تعداد زیادی ستاره، یا مجموعهای متراکم از اجرام ستارهای میتواند چنین اثری ایجاد کند.
البته این پژوهش نمیگوید فرضیه عدسی گرانشی بدون محدودیت یا مشکل است؛ اتفاقاً محدودیتهایی برای آن وجود دارد. با این حال، این احتمال ارزش آن را دارد که در نظر گرفته شود.
با شناسایی رویدادهای بیشتر امواج گرانشی، ممکن است دانشمندان بتوانند نشانههای بزرگنمایی احتمالی و پدیدههای مشابه را راحتتر شناسایی کنند.
از سوی دیگر، شاید تشکیل سلسلهمراتبی سیاهچالههای کوچک و تبدیل آنها به سیاهچالههای با جرم متوسط واقعاً اتفاقی رایج باشد و این سامانه نیز صرفاً یکی از نخستین نمونههایی باشد که موفق به مشاهده آن شدهایم.
