مرة أخرى في عام 2017 ، رنّت موجة جاذبية عبر الأرض مثل النغمة الواضحة للجرس. لقد امتدت وعصرت كل شخص ونمل وأداة علمية على هذا الكوكب أثناء مروره عبر منطقتنا الفضائية. الآن ، عاد الباحثون ودرسوا تلك الموجة ، ووجدوا بيانات مخفية فيها - بيانات تساعد على تأكيد فكرة الفيزياء الفلكية منذ عقود.
كانت موجة عام 2017 هذه مشكلة كبيرة: لأول مرة ، كان لدى الفلكيين أداة يمكنها اكتشافها وتسجيلها أثناء مرورها ، والمعروفة باسم مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO). ووجدوا أن تلك الموجة الأولى كانت نتيجة اصطدام ثقبين أسودين معا في الفضاء. والآن ، ألقى فريق من علماء الفيزياء الفلكية نظرة أخرى على التسجيل ووجدوا شيئًا يعتقد الآخرون أنه سيستغرق عقودًا للكشف عنه: تأكيد دقيق لنظرية "لا شعر". يعود هذا الجانب الأساسي لنظرية الثقب الأسود إلى السبعينيات على الأقل - وهي نظرية شكك ستيفن هوكينج بها.
قال ماكسيميليانو إيسي ، الفيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للورقة ، عندما يقول علماء الفيزياء إن الثقوب السوداء لا تحتوي على "شعر" ، فهذا يعني أن الأشياء الفيزيائية الفلكية بسيطة للغاية. تختلف الثقوب السوداء عن بعضها البعض بثلاث طرق فقط: معدل الدوران والكتلة والشحنة الكهربائية. وفي العالم الحقيقي ، ربما لا تختلف الثقوب السوداء كثيرًا في الشحنة الكهربائية ، لذلك فهي تختلف فقط من حيث الكتلة والدوران. يطلق الفيزيائيون على هذه الأجسام الصلعاء "ثقوب كير السوداء".
أخبرت Isi Live Science أن تلك الصلع يجعل الثقوب السوداء مختلفة تمامًا عن كل شيء آخر في الكون. عندما يرن الجرس الحقيقي ، على سبيل المثال ، يصدر موجات صوتية وبعض الموجات الجاذبية الباهتة التي لا يمكن اكتشافها. ولكنه شيء أكثر تعقيدًا. يتكون الجرس من مادة ، على سبيل المثال (ربما البرونزية أو الحديد الزهر) ، في حين أنه وفقًا لنموذج عدم الشعر ، فإن الثقوب السوداء كلها فردية موحدة. يحتوي كل جرس أيضًا على شكل فريد إلى حد ما ، في حين أن الثقوب السوداء كلها نقاط غير محدودة بلا حدود في الفضاء محاطة بآفاق الحدث الكروي. يمكن اكتشاف كل هذه الميزات في الصوت الذي يصدره الجرس - على الأقل إذا كنت تعرف شيئًا عن الأجراس والموجات الصوتية. قال Isi ، إذا استطعت أن تشعر بطريقة ما بموجات الجاذبية للجرس ، فستكتشف هذه الاختلافات في تكوين الجرس وشكلها أيضًا.
وصرح لـ "لايف ساينس" أن "سر هذا العمل كله هو أن الشكل الموجي - نمط هذا التمدد والضغط - يشفر المعلومات حول المصدر ، الشيء الذي جعل هذه الموجة الجاذبية".
وقال إيسي إن علماء الفلك الذين يدرسون موجة 2017 تعلموا الكثير عن تصادم الثقب الأسود الذي أحدثه.
لكن التسجيل كان باهتًا وغير مفصل للغاية. استخدم LIGO ، أفضل كاشف موجات الجاذبية في العالم ، ليزر لقياس المسافات بين المرايا مرتبة 2.5 ميل (4 كيلومترات) منفصلة في نمط L في ولاية واشنطن. (قام Virgo ، وهو كاشف مشابه ، بالتقاط الموجة في إيطاليا أيضًا.) عندما مرت الموجة فوق LIGO ، شوهت الزمكان نفسه وغيرت تلك المسافة بشكل طفيف. وقال إيسي إن تفاصيل تلك الموجة التثاقلية لم تكن مكثفة بما يكفي لتسجيل أجهزة الكشف.
قال إيسي: "لكن الأمر يبدو وكأننا نستمع من أماكن بعيدة جدًا".
في ذلك الوقت ، قدمت تلك الموجة الكثير من المعلومات. تصرف الثقب الأسود كما هو متوقع. وقال إيسي إنه لم يكن هناك دليل واضح على أنها تفتقر إلى أفق الحدث (المنطقة التي لا يمكن للضوء أن يفلت بعدها) وأنها لم تنحرف بشكل كبير عن نظرية عدم الشعر.
لكن الباحثين لم يتمكنوا من التأكد من العديد من تلك النقاط ، ولا سيما نظرية عدم الشعر. قال Isi إن أبسط جزء من شكل الموجة للدراسة جاء بعد اندماج الثقوب السوداء في ثقب أسود واحد أكبر. لقد ظل يرن لفترة من الوقت ، يشبه إلى حد كبير الجرس المضرب ، ويرسل طاقته الزائدة إلى الفضاء كموجات جاذبية - ما يسميه علماء الفيزياء الفلكية عملية "الدق".
في ذلك الوقت ، اكتشف الباحثون الذين ينظرون إلى بيانات LIGO شكل موجة واحد فقط في الحلقة. اعتقد الباحثون أن الأمر سيستغرق عقودًا لتطوير أدوات حساسة بما يكفي لالتقاط أي نغمات أكثر هدوءًا في عملية الرنين. لكن أحد زملاء Isi ، مات جيزلر ، الفيزيائي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، اكتشف أنه كانت هناك فترة وجيزة مباشرة بعد الاصطدام حيث كان الرنين مكثفًا بما يكفي بحيث سجل LIGO تفاصيل أكثر من المعتاد. وفي تلك اللحظات ، كانت الموجة عالية بما يكفي ليختار LIGO نغمة زائدة - موجة ثانية بتردد مختلف ، تشبه إلى حد كبير النغمات الثانوية الباهتة التي تحمل في صوت الجرس المضرب.
في الآلات الموسيقية ، تحمل النغمات معظم المعلومات التي تعطي الآلات أصواتها المميزة. وقال إن الشيء نفسه ينطبق على إيحاءات موجة الجاذبية. وقال إيسي إن هذه النغمة المكتشفة حديثًا أوضحت البيانات حول الثقب الأسود الرنين كثيرًا.
وأوضح أن الثقب الأسود على الأقل قريب جدًا من الثقب الأسود كير. يمكن استخدام نظرية عدم الشعر للتنبؤ كيف ستبدو النغمة ؛ أظهر Isi وفريقه أن النغمة المطابقة تتناسب تمامًا مع هذا التنبؤ. ومع ذلك ، لم يكن تسجيل النغمة واضحًا جدًا ، لذلك لا يزال من الممكن أن تكون النغمة مختلفة إلى حد ما - بحوالي 10 ٪ - عما تتوقعه النظرية ...
قال Isi ، لتجاوز هذا المستوى من الدقة ، ستحتاج إلى استخراج نغمة أكثر وضوحًا من الشكل الموجي لتصادم الثقب الأسود ، أو بناء أداة أكثر حساسية من LIGO.
قال إيسي: "الفيزياء تتعلق بالاقتراب أكثر فأكثر". "ولكن لا يمكنك أن تكون متأكدا أبدا."
من المحتمل أيضًا أن تكون الإشارة الصادرة من نغمة التجاوز غير حقيقية ، ولكنها حدثت بمجرد الصدفة بسبب التقلبات العشوائية للبيانات. أفادوا عن "ثقة 3.6σ" في وجود النغمة. وهذا يعني أن هناك احتمالًا بنسبة 1 في 6300 أن النغمة ليست إشارة حقيقية من الثقب الأسود.
وقال Isi أنه مع تحسن الأدوات واكتشاف المزيد من موجات الجاذبية ، يجب أن تصبح كل هذه الأرقام أكثر ثقة ودقة. لقد مرر LIGO بالفعل من خلال الترقيات التي جعلت الكشف عن تصادم الثقب الأسود روتينيًا إلى حد ما. تحديث آخر ، مخطط له في منتصف عام 2020 ، يجب أن يزيد من حساسيته عشرة أضعاف ، وفقًا لعالم الفيزياء. بمجرد إطلاق هوائي الفضاء الفضائي لقياس التداخل بالليزر (LISA) في منتصف الثلاثينيات ، يجب على الفلكيين أن يكونوا قادرين على تأكيد عدم تساقط الثقوب السوداء إلى درجات اليقين المستحيلة اليوم.
ومع ذلك ، قال Isi ، من المحتمل دائمًا أن تكون الثقوب السوداء ليست أصلع تمامًا - فقد يكون لديها بعض زغب الخوخ الكمّي الذي يكون بسيطًا جدًا وناقصًا بحيث لا تستطيع أدواتنا التقاطه.
