شرح خبر

آخرین مجموعه داده‌های رصدی امواج گرانشی در بردارنده‌ی رخدادهای به اندازه‌ی کافی است تا این امکان را برای محققان فراهم کند که ویژگی‌های کل جمعیت سیاه‌چاله‌ها را بررسی کنند.

سیاه‌چاله (آبی)، ستاره‌ی نورتونی (نارنجی) و اجرام فشرده با ماهیت نامشخص (خاکستری) که تا سپتامبر ۲۰۱۹ از طریق امواج گرانشی آشکارسازی شده‌ است. هر ادغام دوتایی شامل سه جرم فشرده است: دو جرم درهم ادغام‌شده و باقی‌مانده‌ی نهایی. مقیاس محور افقی بر حسب جرم خورشید است.


کمتر از شش سال پس از اولین آشکارسازی امواج گرانشی، رصدها در حال منظم شدن‌اند، لایگو (LIGO) و ویرگو (Virgo) بیش از یک بار در هفته ادغام سیاه‌چاله‌ای ثبت می‌کنند. گروه همکاری لایگو-ویرگو (LVC) در نشست ماه آوریل APS گزارش داد که با استفاده از کاتالوگ خود برای بیش از ۵۰ رخداد، ویژگی‌های معمول و تاریخچه‌ی سیاه‌چاله‌ها را تخمین زده است. مثلاً اندازه‌گیری اسپین (چرخش به دور خود) سیاه‌چاله‌ها نشان می‌دهد که حداقل دو مکانیسم تشکیل مختلف در دوتایی‌های سیاه‌چاله‌ای متداول است. این مطالعه‌ی «جمعیت» سیاه‌چاله‌ای، مشابه «پیمایش ستاره‌ای» اخترشناسان، علاوه بر پژوهش‌های رخدادهای تکی، در حال تبدیل شدن به ابزار باارزشی برای دانشمندان امواج گرانشی است.

سیاه‌چاله‌های کاتالوگ LVC سیاه‌چاله‌هایی با جرم ستاره‌ای‌اند، بقایای ستاره‌های غول‌پیکر پس از انفجار ابرنواختری آنها. اخترشناسان در گذشته فقط زمانی می‌توانستند این سیاه‌چاله‌ها را ببینند که در مداری دوتایی با یک ستاره‌ی معمولی بودند، اما از سال ۲۰۱۵ رصدهای لایگو و ویرگو انقلابی در این زمینه ایجاد کرد. کارل رودریگز، از دانشگاه کارنگی ملون در پنسیلوانیا، در ارائه‌ی خود در کنفرانس گفت «اکثر قریب‌ به اتفاق سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای که می‌شناسیم (از طریق) امواج ستاره‌ای آشکارسازی شده‌اند». بنابراین امواج گرانشی مهم‌ترین منبع داده‌هایی است که اخترفیزیک‌دان‌ها از طریق آن درباره‌ی این اجرام اطلاعاتی کسب خواهند کرد. مایا فیش‌باخ، از دانشگاه نورث‌وسترن در ایلی‌نویز، یکی از اعضاء LVC گفت «برای اولین بار می‌توانیم با استفاده از امواج گرانشی کار نجومی انجام دهیم. به طور کلی واقعاً می‌خواهیم درباره‌ی تشکیل ستارگان بیشتر بدانیم».

توماس دنت، عضو LVC از دانشگاه سانتیاگو دو کامپوستلا در اسپانیا، در سخنان خود نتایج مختلفی بر پایه‌ی ۴۷ رخداد ارائه داد. او توزیع جرم را نشان داد، طرحی که نرخ ادغام را در مقابل جرم [سیاه‌چاله‌ی] بزرگ‌تر در جفت سیاه‌چاله‌ی ادغامی نشان می‌دهد. این نرخ با افزایش جرم کاهش می‌یابد و می‌توان منحنی را از لحاظ ریاضی با یک برآمدگی کوچک در جرم حدود سی‌وسه برابر جرم خورشید توصیف کرد، اگرچه شکل هنوز کاملاً مشخص نیست. این نمودار نشان‌دهنده‌ی این حقیقت است که در محدوده‌ی حدود ۳۰ تا ۴۰ برابر جرم خورشید با ادغام‌های بیش از حد معمول مواجه‌ایم و سپس در جرم‌های بالاتر کاهش ناگهانی داریم.

دنت گفت هنوز این ویژگی‌های طیف جرمی خیلی خوب شناخته نشده است. انتظار می‌رود ابرنواختری که اصطلاحاً جفت ناپایدار (PISN) نامیده می‌شود، نوعی مرتبط با ستاره‌های بزرگ‌تر،که یا یک سیاه‌چاله‌ی کوچک داشته باشد یا اصلاً سیاه‌چاله نداشته باشد، شکافی در طیف بین حدود ۴۵ تا ۱۲۰ برابر جرم خورشید ایجاد کند. اما آخرین کاتالوگ، شامل داده‌های تا سپتامبر ۲۰۱۹، شامل چندین سیاه‌چاله است که جرم آنها بیش از ۸۵ برابر جرم خورشید است. علاوه بر این درست در جرم کمتر از ۴۵ برابر جرم خورشید، انبوهی از سیاه‌چاله وجود دارد که نتیجه‌ی فرایندی است که در آن ستاره‌های انتهای محدوده‌ی PISN جرم خود را از دست می‌دهند و ابرنواخترهای معمولی‌تری تولید می‌کنند. با این حال برآمدگی مشاهده‌شده در جرم سی‌وسه برابر جرم خورشید برای انطباق با نظریه‌ی متداول بسیار پایین است. دنت گفت مدل‌ها می‌توانند تا حدودی تعدیل شوند اما در حال حاضر هیچ مدلی وجود ندارد که بتواند برآمدگی سیاه‌چاله‌های با جرم پایین و سیاه‌چاله‌های با جرم بالاتر، هر دو، را در شکاف پیش‌بینی‌شده توجیه کند.


جرم دوتایی‌های رخدادهای ادغام که تا سپتامبر ۲۰۱۹ رصد شده‌اند. داده‌ها تراکم غیرمنتظره‌ای از سیاه‌چاله‌های اولیه با جرم حدود ۳۳ برابر جرم خورشید نشان می‌دهد (در موقعیت GW150914، اولین رخداد موج گرانشی آشکارسازی‌شده). همچنین تعداد شگفت‌انگیزی سیاه‌چاله در شکاف پیش‌بینی‌شده‌ی جرم‌های ۴۵ تا ۱۲۰ برابر جرم خورشید وجود دارد. (تعداد ظاهراً اندک سیاه‌چاله‌های اولیه با وزن کمتر از ۳۰ برابر جرم خورشید اثر انتخاب است، زیرا ادغام اجرام کوچک‌تر نسبت به اجرام بزرگ‌تر سیگنال ضعیف‌تر و سخت‌تری برای آشکارسازی‌ تولید می‌کند.)


همچنین دنت درباره‌ی نتایج همکاری‌ها در مورد اسپین سیاه‌چاله و آنچه که منظور او از تاریخچه‌ی سیاه‌چاله‌های دوتایی بود صحبت کرد. اغلب محققان دو نوع مکانیسم تشکیل سیاه‌چاله‌ی دوتایی را مطرح می‌کنند:منزوی و پویا. دوتایی‌های سیاه‌چاله‌ای منزوی از سیستم‌های ستاره‌ای دوتایی‌ای تشکیل می‌شود که در آن هر دو ستاره می‌میرند و سیاه‌چاله باقی می‌ماند. دوتایی‌های پویا در محیط‌های ستاره‌ای چگال مانند خوشه‌های کروی هنگامی تشکیل می‌شوند که دو سیاه‌چاله‌ی تکی به هم می‌رسند و از لحاظ گرانشی به یکدیگر مقید می‌شوند.

منبع:

https://physics.aps.org/articles/v14/67

نویسنده: دیوید اهرنشتاین (David Ehrenstein)، سردبیر ارشد نشریه physics



نویسنده خبر: سمانه نوروزی
کد خبر :‌ 3404

آمار بازدید: ۲۳۸
همرسانی این خبر را با دوستان‌تان به اشتراک بگذارید:
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌


صفحه انجمن فیزیک ایران را دنبال کنید




حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)
  • پژوهشگاه دانش‌های بنیادی
  • دانشگاه صنعتی شریف
  • دانشکده فیزیک دانشگاه تهران

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com