سنگین‌ترین ستاره نوترونی یا سبک‌ترین سیاهچاله؟ مسئله این است!
صد سال پس از ارائه نظریه نسبیت عام اینشتین و پیش‌بینی وجود امواج گرانشی در آن پژوهشگران بالاخره در سال ۲۰۱۵ موفق به آشکارسازی این امواج شدند. در چند سال اخیر نیز منابع امواج گرانشی دیگری کشف شد که برخی از آن‌ها ویژگی‌های خاصی داشتند. کشف جدید اخترشناسان اما عجیب‌ترین نمونه‌ای است که تا کنون آشکار شده است.
سیگنال امواج گرانشی که پژوهشگران به تازگی آن را ثبت کرده‌اند نیز طبق معمول بر اثر ادغام دو جرم سنگین تابش شده است. نکته قابل توجه ماجرا اما یکی از این اجرام است. جرمی آسمانی که یا یک سیاهچاله بسیار کوچک است و یا یک ستاره نوترونی بسیار بزرگ.
امواج گرانشی حاصل از برخورد این دو جرم تابستان سال گذشته آشکار شد. بررسی‌های اولیه نشان داد که احتمالا برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی منجر به انتشار امواج گرانشی شده است. رویدادی که دانشمندان در سال‌های اخیر مشتاقانه منتظر ثبت آن بودند، چرا که نمونه مشابه آن تا کنون رصد نشده است.
بررسی‌های بیشتر اما ماجرا را پیچیده‌تر کرد. تحلیل داده‌ها نشان داد که این رویداد حاصل برخورد یک سیاهچاله با یک جرم رمزآلود است که ماهیتش برای دانشمندان مشخص نیست.
امواج گرانشی در این رویداد بر اثر برخورد و ادغام یک سیاهچاله (با جرم ۲۳ برابر جرم خورشید) با یک جرم آسمانی دیگر که جرم آن ۲/۶ برابر جرم خورشید است در فضا پراکنده شده است. به عبارتی جرم این سوژه از سنگین‌ترین ستاره‌های نوترونی بیشتر و از کوچک‌ترین سیاهچاله‌های شناخته‌شده کمتر است.
جرم سنگین‌ترین ستاره‌های نوترونی شناخته‌شده حدود دو برابر جرم خورشید است. کوچک‌ترین سیاهچاله‌های ستاره‌ای نیز اغلب جرمی در حدود پنج برابر جرم خورشید دارند. ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله‌های ستاره‌ای هر دو پس از به پایان رسیدن عمر ستاره‌های پرجرم ایجاد می‌شوند. عامل اصلی در سرنوشت ستاره‌های پرجرم و تشکیل سیاهچاله یا ستاره نوترونی جرم هسته ستاره است.
به این ترتیب یکی از بازیگران این رویداد امواج گرانشی درست در محدوده‌ای قرار دارد که دانشمندان به آن «شکاف جرم» می‌گویند؛ جرمی که از کوچک‌ترین سیاهچاله‌های شناخته‌شده کوچک‌تر و از بزرگ‌ترین ستاره‌های نوترونی بزرگ‌تر است.
مقایسه جرم ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله‌های ستاره‌ای. دو جرمی که ادغام آن‌ها باعث رویداد امواج گرانشی اخیر شده در مرکز تصویر مشخص شده‌اند.
Credit: LIGO-Virgo / Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern)
به عبارت دیگر این جرم یا سنگین‌ترین ستاره نوترونی شناخته‌شده است یا سبک‌ترین سیاهچاله‌ای که تا کنون موفق به ثبت آن شده‌ایم. مشکل اما این جاست که با داده‌های موجود دانشمندان نمی‌توانند با اطمینان در این باره نظر بدهند.
تفاوت جرم بسیار زیاد این زوج کیهانی بررسی جزئیات این رویداد امواج گرانشی را برای دانشمندان مشکل کرده است. اختلاف جرم به حدی زیاد است که چگونگی شکل‌گیری و قرار گرفتن این دو جرم در کنار یک‌دیگر به طور دقیق برای دانشمندان مشخص نیست. علاوه بر این فاصله بسیار زیاد این رویداد از زمین چالش دیگری در بررسی دقیق آن بود. این برخورد در فاصله ۸۰۰ میلیون سال نوری از زمین رخ داده است.
به گفته دانشمندان برای حل مسئله شکاف جرم باید منتظر کشف نمونه‌های مشابه دیگری باشیم. به خصوص اجرام دوتایی با جرم تقریبا یکسان که فاصله کمتری از ما داشته باشند.
حل مسئله شکاف جرم اهمیت زیادی برای پژوهشگران دارد. از یک سو و با بررسی اجرامی که جرم‌شان در این محدوده است می‌توان به شناخت بهتری از ستاره‌های نوترونی رسید. ستاره‌هایی که شرایط منحصر به فردی دارند و مدل‌سازی و شبیه‌سازی آن‌ها کار آسانی نیست. تعیین حد بیشینه جرم ستاره‌های نوترونی اما می‌تواند اطلاعاتی را درباره ویژگی‌های این ستاره‌ها در اختیار دانشمندان قرار دهد.
از سوی دیگر حل مسئله شکاف جرم ممکن است به تغییر برخی از مدل‌های اخترفیزیکی نیز منجر شود. تا کنون و بر اساس مدل‌های اخترفیزیکی وجود شکاف جرمی بین سنگین‌ترین ستاره‌های نوترونی و کوچک‌ترین سیاهچاله‌ها قطعی بود. اما ممکن است این شکاف جرمی بسیار محدودتر از تصور اخترشناسان باشد و داشنمندان را مجبور به اصلاح مدل‌های خود کند.
ثبت این سیگنال بار دیگر اهمیت رصد امواج گرانشی را نشان داد. اولین آشکارسازی امواج گرانشی در سال ۲۰۱۵ همچون باز شدن پنجره‌ای جدید رو به عالم بود. با ثبت و تحلیل امواج گرانشی می‌توان به اطلاعاتی دست یافت که رسیدن به آن‌ها با رصد آسمان در طیف الکترومغناطیس ممکن نیست. در این پنج سال نمونه‌های معمول و متداول امواج گرانشی بارها آشکار شده‌اند. اما قطعا رویدادهای شگفت‌انگیز و غیرعادی فراوانی، همچون نمونه اخیر، در عالم وجود دارند که باید منتظر ثبت آن‌ها باشیم.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک زوج غیرمعمول و با جرم‌های بسیار متفاوت که ادغام‌شان باعث انتشار امواج گرانشی شده است.
Image credit: N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration
حداقل ۱۵سال دیگه طول میکشه تا تکلیف این اگرو اماها معلوم بشه
با توجه به داده‌های موجود از رویداد اخیر دانشمندان نمی‌توانند نتیجه مشخصی بگیرند و همان‌طور که در متن اشاره شد باید منتظر ثبت امواج گرانشی از رویدادهای مشابه (البته با شرایط بهتر) باشیم.