سیاه‌چاله‌هایی که سه بار در ثانیه به دور یکدیگر می‌چرخند، نظریه اینشتین را تأیید می‌کنند
مشاهده‌ی یک جفت سیاه‌چاله در حال ادغام که با نرخ سه بار در ثانیه نوسان می‌کنند، تأییدی بر یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین است که برای نخستین‌بار به‌وضوح دیده می‌شود. این نوسان که تَقدیم (Precession) نامیده می‌شود، زمانی اتفاق می‌افتد که مدار یا گردش یک جرم در طول زمان به‌آهستگی تغییر کند. فرفره‌ای که با کاهش سرعت شروع به چرخش مخروطی می‌کند، نمونه‌ای از این پدیده است.
تقدیم مداری حاصل از گرانش از نتایج نسبیت عام است که براساس آن، اجرام سنگینی که فضازمان را خمیده می‌کنند، باعث تغییر شکل مدار خود در گذر زمان می‌شوند. این اثر به‌صورت ضعیف در ستاره‌های نوترونی‌ای مشاهده شده است که به دور یکدیگر می‌گردند؛ ولی به‌اندازه‌ای ضعیف بود که مدار‌ها با نرخ ناچیز چند بار در سال دچار نوسان می‌شدند.
اکنون مارک هانام و همکارانش در دانشگاه کاردیف موفق شده‌اند نمونه‌ی بسیار قوی‌تری از این اثر را شناسایی کنند که حاصل گردش دو سیاه‌چاله به دور یکدیگر است. این دو با یک‌پنجم سرعت نور حرکت می‌کنند و گردش یکی از آن‌ها به دور خود با زاویه‌ی ۹۰ درجه نسبت به گردش مداری‌اش، باعث این اثر شده است. ادغام این دو سیاه‌چاله به رهاسازی موجی گرانشی منجر شده است که با نام GW200129 شناخته می‌شود. این موج سیگنال حرکتی تقدیمی با نرخ سه بار در ثانیه را با خود حمل کرده است. هانام می‌گوید:
این سیگنال ۱۰ میلیارد بار سریع‌تر از چیزی است که پیش‌از‌این اندازه‌گیری کرده بودیم. بنابراین، این شدیدترین حالت از نظریه‌ی اینشتین است که در آن فضا و زمان در هم پیچیده و در شرایطی دیوانه‌وار، از شکل اولیه‌ی خود خارج می‌شوند.
در این ویدئو، فلش‌ها جهت نرمال (عمود) بر صفحه‌ی گردش و رنگ آبی و قرمز در صفحه‌ی زیرین امواج گرانشی را نمایش می‌دهند. در انتهای فرایند ادغام، سیاه‌چاله‌ی نهایی با سرعت ۲,۱۶۴ کیلومتر‌‌‌بر‌‌‌‌ثانیه به حرکت در‌‌می‌آید که برای فرار از کهکشانی که در آن قرار دارد، کافی است. برای اطلاعات بیشتر به این صفحه مراجعه کنید.
برای تشخیص حرکت تقدیمی، گروه پژوهشگران داده‌هایی که نخستین‌بار در سال ۲۰۲۰ سه گیرنده‌ی امواج گرانشی واقع در ایالات متحده و ایتالیا جمع‌آوری کرده بودند، مجدداً تحلیل کردند. بررسی پیشین بی‌نتیجه بود؛ ولی از مدل پیشرفته‌تری برای سیگنال موج گرانشی استفاده می‌کرد. هانام و گروهش دریافتند بهترین راه برای توضیح این سیگنال آن است که یکی از سیاه‌چاله‌ها با حد فراوان مجاز در نسبیت عام در حال گردش و باعث ایجاد تقدیم در مدار این سامانه‌ی سیاه‌چاله‌ای شده است.
فابیو آنتونینی از دانشگاه کاردیف نیز درباره‌ی این موضوع می‌گوید:
مفاهیم اخترفیزیکی این یافته بسیار مهم‌اند. این گردش شدید و ناهم‌راستایی با مدار به‌واسطه‌ی درک فعلی ما از نحوه‌ی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها که شامل رُمبش ستاره‌ها است، توصیف‌کردنی نیستند و به توضیح دیگری نیاز دارند.
Your browser does not support the audio element.
تبدیل امواج گرانشی GW200129 به صوت. این فرایند در مدت کمتر از یک ثانیه رخ داده و به‌صورت دستی تا ۳۰ ثانیه کشیده شده است. برای شنیدن جهت‌گیری زوج سیاه‌چاله، از هدفون یا هندزفری استفاده کنید.
این پژوهش در نشریه‌ی Nature منتشر شده است.
نظرات