یکی از دانشمندن «دانشگاه متروپولیتن توکیو»(TMU) مشکل دیرینه ناهماهنگی در امواج گرانشی ساطع‌شده از سیاه‌چاله را حل کرده است. این دانشمند با استفاده از محاسبات دقیق و یک چارچوب فیزیک نظری جدید دریافت که این مشکل ناشی از افزایش دامنه نوسان بین دو مد متمایز است؛ یعنی روش‌های گوناگونی که یک سیاه‌چاله به واسطه آنها می‌تواند حلقه ایجاد کند. این این پدیده، اطلاعات جدیدی را درباره حوزه نوپای طیف‌سنجی سیاه‌چاله ارائه می‌دهد.

به نقل از گراوند نیوز، سیاه‌چاله‌ها اجرام اخترفیزیکی با چگالی بسیار بالا هستند که حتی نور هم نمی‌تواند از کشش گرانشی آنها فرار کند. با وجود این و به رغم حضور شگفت‌انگیز سیاه‌چاله‌ها در کیهان، دانشمندان تنها در طول دهه گذشته شروع به بررسی نحوه رفتار آنها کرده‌اند. این به لطف ظهور ستاره‌شناسی امواج گرانشی است که در آن، تلاش‌های جهانی برای شناسایی سیاه‌چاله‌ها به سرپرستی «رصدخانه تداخل‌سنجی لیزری امواج گرانشی»(LIGO)، «آشکارساز امواج گرانشی کامیوکا»(Virgo-KAGRA) امکان شناسایی اختلالات ایجادشده توسط سیاه‌چاله‌ها را در بافت فضا-زمان فراهم کرده است.

فیزیکدانان نظری اکنون با وظیفه خطیر تلاش برای درک امواج گرانشی ساطع‌شده از سیاهچاله‌ها به کمک مدل‌های نظری روبه‌رو هستند. یکی از این تلاش‌ها، محاسبه‌ای بود که در سال ۱۹۹۷ توسط «هیساشی اونوزاوا»(Hisashi Onozawa) دانشجوی «مؤسسه فناوری توکیو» که اکنون «مؤسسه علوم توکیو» است، انجام شد و بی‌نظمی عجیبی را در شکل ظاهری این امواج کشف کرد.

درست مانند صدایی که از زنگوله ساطع می‌شود، انتظار می‌رود امواج گرانشی از ترکیب مدها یا صداهای گوناگون ساطع‌شده در روش‌های گوناگون ارتعاش سیاه‌چاله تشکیل شده باشند. انتظار می‌رفت این مدها به طور یکنواخت و قابل پیش‌بینی تغییر کنند، اما محاسبات یک ناهماهنگی گیج‌کننده را نشان دادند که در آن یک مد خاص، کاملا متفاوت از بقیه رفتار می‌کرد. دانشمندان در آن زمان به یک خطای محاسباتی مشکوک بودند، اما حتی با ظهور رایانه‌های بهتر، نتیجه همچنان یک راز حل‌نشده باقی ماند.

اکنون پس از ۳۰ سال، «هایاتو موتوهاشی»(Hayato Motohashi)، پژوهشگر دانشگاه متروپولیتن توکیو، این مشکل را با استفاده از محاسبات دقیق حل کرده است. او با بررسی دقیق رفتار مدها دریافت که این ناهماهنگی منحصر به یک مد نیست، بلکه نتیجه تعامل دو مد با یکدیگر به یک شیوه‌ رزونانسی است. در واقع، با بررسی بسیاری از مدها مشخص می‌شود که این نوع تعامل بین مدها یک اتفاق نادر نیست، بلکه اتفاقی است که به طور جهانی و در طیف گسترده‌ای از مدها رخ می‌دهد.

به کمک مجموعه‌ای از تحلیل‌های نظری مشخص شد که این رزونانس بین حالت‌ها در سیاه‌چاله‌ها، نمونه‌ای از مجموعه‌ کامل پدیده‌های فیزیکی نه تنها در اخترفیزیک، بلکه در فیزیک نوری است که به جای امواج گرانشی به امواج الکترومغناطیسی می‌پردازند.

این پژوهش در مجله «Physical Review Letters» به چاپ رسید.