سیاه‌چاله‌ها راز‌های نوجوانی جهان را فاش می‌کنند

سیاه‌چاله معمولا جایی است که اطلاعات ناپدید می‌شوند، اما دانشمندان ممکن است ترفندی برای استفاده از آخرین لحظات آن پیدا کرده باشند تا درباره تاریخ کیهان به ما اطلاع دهند.

دو اخترفیزیکدان دانشگاه شیکاگو در یک پژوهش جدید، روشی را برای چگونگی استفاده از دو سیاهچاله در حال برخورد ارائه داده‌اند تا سرعت گسترش یافتن جهان را اندازه‌گیری کنند و به شفاف‌سازی این موضوع بپردازند که جهان چگونه تکامل یافته، از چه چیزی ساخته شده و به کجا می‌رود.

دانشمندان باور دارند که این روش جدید ممکن است بتواند درباره سال‌های نوجوانی جهان به ما اطلاع دهد.

یک بحث علمی قابل توجه که همچنان جریان دارد، این است که جهان دقیقا با چه سرعتی در حال گسترش است. روش‌های مختلف کنونی، پاسخ‌های متفاوتی را ارائه می‌دهند و دانشمندان مشتاق هستند تا راه‌های جایگزینی را برای اندازه‌گیری سرعت گسترش جهان بیابند. بررسی صحت این امر بسیار مهم است، زیرا بر درک ما در مورد پرسش‌های اساسی مانند سن، تاریخ و ساختار جهان تأثیر می‌گذارد. این پژوهش جدید با استفاده از آشکارساز‌های ویژه‌ای که پژواک کیهانی حاصل از برخورد‌های سیاه‌چاله را دریافت می‌کنند، راهی برای انجام دادن این محاسبه ارائه می‌دهد.

گاهی اوقات، دو سیاه‌چاله به یکدیگر برخورد می‌کنند. این رویداد به قدری قوی است که به معنای واقعی کلمه، موجی را در فضا-زمان به وجود می‌آورد که در سراسر جهان حرکت می‌کند. روی زمین، "رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری" (LIGO) و رصدخانه ایتالیایی "ویرگو" (Virgo) می‌توانند این امواج را که امواج گرانشی نامیده می‌شوند، تشخیص دهند.

رصدخانه LIGO و رصدخانه ویرگو در چند سال گذشته، اطلاعاتی را در مورد برخورد تقریبا ۱۰۰ جفت سیاه‌چاله جمع‌آوری کرده‌اند.

سیگنال هر برخورد حاوی اطلاعاتی در مورد جرم سیاهچاله‌ها است، اما سیگنال در فضا حرکت می‌کند و در این مدت، جهان منبسط می‌شود و ویژگی‌های سیگنال را تغییر می‌دهد. "دنیل هولز" (Daniel Holz)، از پژوهشگران این پروژه گفت: به عنوان مثال، اگر یک سیاه‌چاله را بردارید و آن را زودتر در کیهان قرار دهید، سیگنال تغییر می‌کند و شبیه سیاه‌چاله‌ای بزرگتر از آن چه هست، به نظر می‌رسد.

این روش ممکن است روزنه‌ای منحصربه‌فرد به سوی سال‌های نوجوانی جهان باشد که بررسی آن‌ها با روش‌های دیگر دشوار است. اگر دانشمندان بتوانند راهی برای بررسی چگونگی تغییر آن سیگنال بیابند، می‌توانند میزان گسترش جهان را محاسبه کنند. پرسشی که مطرح می‌شود، این است که آن‌ها از کجا می‌دانند جهان چقدر نسبت به نسخه اصلی تغییر کرده است؟

هولز و "خوزه ماریا ازکویاگا" (Jose María Ezquiaga)، پژوهشگر ارشد این پروژه در مقاله جدید خود پیشنهاد می‌کنند که شاید بتوان از دانش جدید در مورد کل جمعیت سیاه‌چاله‌ها، برای این هدف استفاده کرد. به عنوان مثال، شواهد کنونی نشان می‌دهند که بیشتر سیاه‌چاله‌های کشف‌شده، بین پنج تا ۴۰ برابر جرم خورشید هستند.

ازکویاگا گفت: ما جرم سیاه‌چاله‌های مجاور را اندازه‌گیری می‌کنیم و به درک ویژگی‌های آن‌ها می‌پردازیم. سپس، سیاه‌چاله‌های دورتر را بررسی می‌کنیم تا بفهمیم که آن‌ها چقدر جابه‌جا شده‌اند. این کار، مقیاسی را در مورد گسترش جهان ارائه می‌دهد.

پژوهشگران در مورد این پژوهش، هیجان‌زده هستند، زیرا در آینده با گسترش قابلیت‌های رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری، این روش ممکن است روزنه‌ای منحصربه‌فرد را به سال‌های نوجوانی جهان باز کند که بررسی آن با روش‌های دیگر دشوار است. ازکویاگا ادامه داد: ما بسیار علاقمند به بررسی گذار حیاتی در زمانی هستیم که از ماده تاریک که نیروی غالب در جهان است، به انرژی تاریک تبدیل شدیم.

به گفته پژوهشگران، مزیت دیگر روش پیشنهادی این است که عدم قطعیت کمتری در آن وجود دارد. هولز گفت: این روش با استفاده از کل جمعیت سیاه‌چاله‌ها می‌تواند به تنظیم خود بپردازد و خطا‌ها را مستقیما شناسایی و تصحیح کند.

سایر روش‌های مورد استفاده برای محاسبه، به درک کنونی ما در مورد فیزیک ستارگان و کهکشان‌ها متکی هستند که شامل موضوعات پیچیده زیادی در حوزه فیزیک و اخترفیزیک است.

هرچه اطلاعات پژوهشگران در مورد تمام سیاه‌چاله‌ها بیشتر باشد، این محاسبات دقیق‌تر خواهند بود. هولز گفت: ما ترجیحا به هزاران سیگنال نیاز داریم که باید آن‌ها را طی چند سال آینده و حتی بیشتر در اختیار داشته باشیم. در آن مرحله، این یک روش فوق‌العاده قوی برای یادگیری در مورد جهان خواهد بود.