في يناير من عام 2016 ، صنع الباحثون في مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) التاريخ عندما أعلنوا عن أول اكتشاف على الإطلاق لموجات الجاذبية. بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) وتديره Caltech و MIT ، LIGO مكرسة لدراسة الموجات التي تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين والتي تسببها عمليات دمج الثقب الأسود.
وفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق من علماء الفلك من مركز علم الكونيات في جامعة كاليفورنيا إيرفين ، فإن عمليات الاندماج هذه أكثر شيوعًا مما كنا نعتقد. بعد إجراء مسح للكون يهدف إلى حساب وتصنيف الثقوب السوداء ، قرر فريق UCI أنه يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 100 مليون ثقب أسود في المجرة ، وهو اكتشاف له آثار مهمة على دراسة موجات الجاذبية.
الدراسة التي تفصل نتائجها ، بعنوان "حساب الثقوب السوداء: العدد المتبقي من بقايا النجوم الكونية وآثارها على LIGO" ، ظهرت مؤخرًا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. بقيادة Oliver D. Elbert ، طالب ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء وعلم الفلك في UC Irvine ، أجرى الفريق تحليلًا لإشارات موجات الجاذبية التي تم الكشف عنها بواسطة LIGO.
بدأت دراستهم قبل عام ونصف تقريبًا ، بعد وقت قصير من إعلان LIGO عن أول اكتشاف لموجات الجاذبية. تم إنشاء هذه الموجات من خلال دمج ثقبين أسودين بعيدين ، كل منهما يعادل في الكتلة بحوالي 30 شمساً. كما أوضح جيمس بولوك ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في ايرفين والمؤلف المشارك في الورقة ، في بيان صحفي لـ UCI:
"بشكل أساسي ، كان اكتشاف موجات الجاذبية أمرًا ضخمًا ، حيث كان تأكيدًا للتنبؤ الرئيسي بنظرية النسبية العامة لأينشتاين. ولكن بعد ذلك نظرنا عن كثب إلى الفيزياء الفلكية للنتيجة الفعلية ، وهي اندماج اثنتين من الثقوب السوداء ذات 30 كتلة شمسية. كان ذلك مذهلاً ببساطة ، وكان علينا أن نسأل ، "ما مدى شيوع الثقوب السوداء بهذا الحجم ، وكم مرة يتم دمجها؟"
تقليديا ، كان الفلكيون يعتقدون أن الثقوب السوداء عادة ما تكون بنفس الكتلة مثل شمسنا. على هذا النحو ، سعوا إلى تفسير عمليات الكشف عن موجات الجاذبية المتعددة التي أجراها LIGO من حيث ما هو معروف عن تكوين المجرة. أبعد من ذلك ، سعت أيضًا إلى إنشاء إطار للتنبؤ بعمليات الاندماج المستقبلية للثقب الأسود.
من هذا ، استنتجوا أن مجرة درب التبانة ستكون موطنًا لما يصل إلى 100 مليون ثقب أسود ، 10 ملايين منها سيكون لها كتلة تقدر بحوالي 30 كتلة شمسية - أي مشابهة لتلك التي دمجت وخلقت أول موجات جاذبية تم الكشف عنها بواسطة ليجو في عام 2016. وفي الوقت نفسه ، فإن المجرات القزمة - مثل Draco Dwarf ، التي تدور على مسافة حوالي 250،000 لي من مركز مجرتنا - ستستضيف حوالي 100 ثقب أسود.
كما حددوا أن معظم الثقوب السوداء ذات الكتلة المنخفضة (~ 10 كتل شمسية) اليوم تقع داخل المجرات التي تحتوي على 1 تريليون كتلة شمسية (المجرات الضخمة) بينما الثقوب السوداء الضخمة (~ 50 كتلة شمسية) موجودة داخل المجرات التي تحتوي على حوالي 10 مليار كتلة شمسية (أي المجرات القزمة). بعد النظر في العلاقة بين كتلة المجرة والمعدنية النجمية ، قاموا بتفسير عدد الثقب الأسود للمجرة كدالة للكتلة النجمية.
بالإضافة إلى ذلك ، سعوا أيضًا إلى تحديد عدد المرات التي تحدث فيها الثقوب السوداء في أزواج ، وعدد المرات التي تندمج فيها والمدة التي سيستغرقها ذلك. أشار تحليلهم إلى أن جزءًا صغيرًا فقط من الثقوب السوداء يحتاج إلى المشاركة في عمليات الاندماج لاستيعاب ما لاحظه ليجو. كما عرضت تنبؤات أظهرت كيف يمكن دمج الثقوب السوداء الأكبر حجماً خلال العقد المقبل.
كما أوضح مانوج كابلينغات ، وهو أيضًا أستاذ UCI للفيزياء وعلم الفلك والمؤلف المشارك الثاني في الدراسة:
"نوضح أن 0.1 إلى 1 بالمائة فقط من الثقوب السوداء المشكلة يجب أن تندمج لتشرح ما رآه ليجو. بالطبع ، يجب أن تقترب الثقوب السوداء بما يكفي للاندماج في وقت معقول ، وهي مشكلة مفتوحة ... إذا كانت الأفكار الحالية حول التطور النجمى صحيحة ، فإن حساباتنا تشير إلى أن اندماج حتى 50 حفرة سوداء ذات كتلة شمسية سوف يمكن الكشف عنها في بضع سنوات ".
وبعبارة أخرى ، يمكن أن تكون مجرتنا مليئة بالثقوب السوداء ، ويمكن أن تحدث عمليات الاندماج بشكل منتظم (بالنسبة إلى الجداول الزمنية الكونية). على هذا النحو ، يمكننا أن نتوقع أنه سيكون من الممكن اكتشاف المزيد من موجات الجاذبية في السنوات القادمة. لا ينبغي أن يكون هذا مفاجئًا ، حيث نرى كيف قام LIGO باكتشافين إضافيين منذ شتاء عام 2016.
مع توقع المزيد ، سيتاح للفلكيين العديد من الفرص لدراسة اندماج الثقوب السوداء ، ناهيك عن الفيزياء التي تدفعهم!
