امواج گرانشی، یک آزمون دی‌ان‌ای کیهانی برای سیاه‌چاله‌ها هستند

این «آزمون دی‌ان‌دی کیهانی» به‌جای استفاده از نمونه بزاق یا خون، به تحلیل امواج ریز موجود در ساختار فضا-زمان به نام امواج گرانشی می‌پردازد، امواجی که اولین بار توسط آلبرت اینشتین ۱۱۰ سال پیش پیش‌بینی شده بود.
 
گروهی از دانشمندان تحت هدایت پژوهشگران دانشگاه کاردیف کشف کرده‌اند که تاریخچه سیاه‌چاله‌های فوق‌سنگین، که از ترکیب یک زنجیره از سیاه‌چاله‌های بزرگتر و بزرگتر شکل می‌گیرند، ممکن است در چرخش‌ها یا «اسپین» آنها پنهان باشد.

این روش جدید حتی نشان می‌دهد که الگوهای چرخشی این سیاه‌چاله‌ها می‌تواند منطقه‌ای که در آن متولد شده‌اند را نیز فاش کند.
 
همچنین، امواج گرانشی که توسط رصدخانه‌هایی مانند LIGO و Virgo شناسایی شده‌اند، می‌توانند برای «خواندن» این اطلاعات مانند نوشتار روی یک گواهی تولد مورد استفاده قرار گیرند.

یکی از پژوهشگران این گروه می‌گوید: «مطالعه ما به ما یک روش قدرتمند مبتنی بر داده می‌دهد تا منشأ تاریخچه تشکیل سیاه‌چاله‌ها را شناسایی کنیم».
 
پرسش در مورد نسب سیاه‌چاله‌ها زمانی برای دانشمندان جذاب شد که متوجه شدند برخی سیاه‌چاله‌ها آن‌قدر بزرگ هستند که نمی‌توانسته‌اند به‌طور معمولی از یک ستاره در حال مرگ به وجود بیایند.
 

گفتنی است سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای که جرمشان بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جرم خورشید است، زمانی تشکیل می‌شوند که ستارگان بسیار بزرگتر از خورشید سوخت هسته‌ای خود را تمام کرده و در نتیجه زیر فشار گرانش خود فرو می‌ریزند.
 
اما سیاه‌چاله‌های فوق‌سنگین، که جرمشان معادل میلیون‌ها یا حتی میلیاردها خورشید است، نمی‌توانند از یک ستاره منفرد به‌وجود آیند. بر اساس نظریه‌های موجود، این سیاه‌چاله‌ها احتمالاً از ادغام چندین سیاه‌چاله کوچکتر تشکیل شده‌اند.

اولین کشف امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌ها در سال ۲۱۵ توسط LIGO و Virgo انجام شد که ۱۰۰ سال پس از پیش‌بینی این امواج توسط اینشتین در نظریه نسبیت عام او بود.
 
نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی می‌کند که اجسام با جرم باعث انحراف ساختار فضا-زمان می‌شوند و این انحراف به‌عنوان گرانش شناخته می‌شود.

اینشتین همچنین پیش‌بینی کرده بود که زمانی که اجسام در فضا-زمان شتاب می‌گیرند، این شتاب باعث ایجاد امواجی می‌شود که با سرعت نور به‌سوی بیرون پخش می‌شوند. این امواج گرانشی تنها زمانی قابل شناسایی هستند که اجسام درگیر دارای جرم بسیار بزرگی باشند، مانند سیاه‌چاله‌ها.
 
گفتنی است وقتی سیاه‌چاله‌ها به اندازه کافی به‌هم نزدیک شوند و یک سیستم دوتایی تشکیل دهند، شتاب مداوم آن‌ها (که به معنای تغییر در سرعت و جهت است) باعث ایجاد امواج گرانشی می‌شود.

این امواج گرانشی انرژی زاویه‌ای سیستم دوتایی را از بین می‌برند و باعث می‌شوند که سیاه‌چاله‌ها به‌هم نزدیکتر شوند تا جایی که گرانش متقابل آنها باعث برخورد و ادغام آن‌ها می‌شود.
 
تیم پژوهشگران برای کشف نحوه تشکیل سیاه‌چاله‌ها، به تحلیل داده‌های مربوط به ۶۹ رویداد امواج گرانشی که توسط LIGO و Virgo شناسایی شده بودند پرداخت.

آنها دریافتند که چرخش یک سیاه‌چاله زمانی که به یک حد مشخص از جرم می‌رسد، تغییر می‌کند. این تغییرات نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌ها ممکن است از ادغام مکرر سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در خوشه‌های ستاره‌ای فشرده شکل گرفته باشند.
 
با استفاده از این یافته‌ها، دانشمندان می‌توانند مدل‌های کامپیوتری که برای شبیه‌سازی فرآیند تشکیل و رشد سیاه‌چاله‌ها استفاده می‌شوند را بهبود بخشند.

زمانی که سیگنال‌های جدید امواج گرانشی توسط رصدخانه‌هایی مانند LIGO، Virgo و تلسکوپ‌های جدید مانند «تلسکوپ اینشتین» یا «لیزا» شناسایی شوند، این مدل‌های بهبود یافته می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا این سیگنال‌ها را به‌طور دقیق‌تر تفسیر کنند.