زومیت/ ستاره‌شناسان چینی یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم پنهان را در پس‌زمینه‌ی یک رویداد نامعمول موج گرانشی ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌ها رصد کردند.

ستاره‌شناسان چینی احتمالا در اتفاقی بی‌سابقه، یک منظومه‌ی سه‌تایی سیاه‌چاله‌ای را کشف کرده‌اند. پژوهشگرها پس از شناسایی یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم پنهان در پس‌زمینه‌ی یک رویداد نامعمول موج گرانشی که نخستین ‌بار شش سال پیش ثبت شده بود، این گروه سه‌تایی را شناسایی کردند.

رصدخانه‌ی موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری (LIGO) در سال ۲۰۱۹، مجموعه‌ای از موج‌های ضعیف در بافت فضا-زمان، موسوم به امواج گرانشی را ثبت کرد. به نظر می‌رسید این امواج از ادغام دو سیاه‌چاله‌ی دوردست منتشر شده‌اند که در فاصله‌ای میان ۵۴۴ تا ۹۱۲ میلیون سال نوری از زمین قرار داشتند. این برخورد کیهانی که GW190814 نام گرفت، به‌ویژه به‌دلیل جرم تکینگی‌های ادغام‌شونده بسیار مورد توجه بود؛ جرم آن‌ها به‌ترتیب معادل ۲۳ و ۲٫۶ جرم خورشیدی برآورد شد.

به طور معمول، سیاه‌چاله‌هایی که با هم ادغام می‌شوند جرم‌های مشابهی دارند، زیرا این موضوع اصطکاک گرانشی لازم را برای نزدیک شدن آن‌ها به یکدیگر فراهم می‌کند؛ اما بر اساس یک مطالعه در سال ۲۰۲۰ درباره‌ی GW190814، این رویداد نامتوازن‌ترین نسبت جرم ثبت‌شده با امواج گرانشی تا آن زمان بود. دانشمندان به‌ویژه از اندازه‌ی تکینگی کوچک‌تر شگفت‌زده شدند؛ جرمی که فقط به اندازه‌ای بزرگ بود تا بتوان آن را یک سیاه‌چاله به حساب آورد.

ادغام سیاه‌چاله‌هایی با اندازه‌های نامتوازن بسیار نادر است، زیرا عدم‌تعادل‌های گرانشی میان آن‌ها مانع از این فرایند می‌شود.

به‌گزارش لایوساینس، در پژوهشی جدید که ۲۱ ژوئیه در نشریه‌ی اخترفیزیک منتشر شد، ستاره‌شناسان پیشنهاد کردند که این ادغام نامتقارن ناشی از یک جرم سوم پنهان بوده است؛ جرمی که فشار گرانشی لازم را فراهم کرد تا دو سیاه‌چاله‌ی نامتناسب، با وجود اختلاف جرمی قابل توجه، به یکدیگر برخورد کنند و در نهایت به یک تکینگی واحد تبدیل شوند.

تیم پژوهشی با استفاده از شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی کرد که این برهم‌کنش چگونه بر امواج گرانشیِ تولیدشده در اثر ادغام تأثیر می‌گذارد و یک سیگنال منحصربه‌فرد مانند «اثر انگشت» را شناسایی کردند که با جرم پنهان مرتبط بود. سپس آن‌ها داده‌های اولیه لایگو از کشف نخستین را دوباره تحلیل کردند و دریافتند که این سیگنالِ اثر انگشت واقعاً وجود داشته است.

ون-بیائو هان، اخترشناس در آکادمی علوم چین و یکی از نویسندگان پژوهش، در بیانیه‌ای گفت: «این نخستین کشف بین‌المللی از شواهد روشن برای وجود یک جرم فشرده‌ی سوم در یک رویداد ادغام سیاه‌چاله‌ی دوتایی است. این یافته نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌های دوتایی در GW190814 ممکن است در انزوا شکل نگرفته باشند، بلکه بخشی از یک سامانه‌ی گرانشی پیچیده‌تر بوده‌اند.»

براساس شبیه‌سازی‌ها، تیم پژوهشی بر این باور است که محتمل‌ترین هویت جرم فشرده‌ی پنهان، یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم است. آن‌ها هنوز از ابعاد دقیق این غول اطلاعی ندارند، اما حد پایین برای سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم حدود ۱۰۰ هزار برابر جرم خورشید است؛ بنابراین دست‌کم باید چنین جرمی داشته باشد. درنتیجه، این جرم بسیار بزرگ‌تر از دو جرم دیگر است که در آغاز در این منظومه شناسایی شدند.

احتمالاً جفت کوچک‌ترِ سیاه‌چاله‌های در حال ادغام، بخشی از یک منظومه‌ی دوتایی بوده‌اند که هم‌زمان به‌دور سیاه‌چاله‌ی کلان‌‌جرم می‌چرخیدند؛ درست شبیه حرکت زمین و ماه که در حالی‌که به دور یکدیگر می‌چرخند، در سفری جمعی به‌دور خورشید نیز می‌گردند. این نخستین بار است که چنین آرایشی در یک منظومه‌ی سیاه‌چاله‌ای دیده می‌شود. سیاه‌چاله‌ی تازه‌متولدشده از این ادغام، احتمالاً میلیاردها سال به رقص مداری پیرامون شریک ابرپرجرم خود ادامه خواهد داد تا سرانجام در دل آن بلعیده شود.

یافته‌های جدید نه‌تنها «بینش‌های مهمی درباره‌ی مسیرهای شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های دوتایی» ارائه می‌دهند، بلکه راهی نو برای شناسایی دیگر غول‌های پنهان که ممکن است در پس‌زمینه‌ی ادغام‌های نامتوازن سیاه‌چاله‌ای کمین کرده باشند، فراهم می‌کنند.

از زمانی که لایگو در سال ۲۰۱۵ نخستین امواج گرانشی تاریخ را آشکار کرد، این رصدخانه بیش از ۱۰۰ رویداد دیگرِ امواج گرانشی را ثبت کرده است که بیشترشان ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌ها بوده‌اند. هر کشف تازه داده‌های بیشتری در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد تا رازهای جدیدی از عظیم‌ترین اجرام کیهان که مطالعه‌شان به‌شدت دشوار است، برملا کنند.