روشی برای آشکارسازی برخوردهای سیاهچاله‌ای

هر چند دقیقه یک بار در جهان برخورد‌ها‌ی شدید سیاهچاله‌ای اتفاق می‌افتند. متاسفانه تاثیرات اینگونه برخورد‌ها به‌حدی کوچک است که نمی‌تواند تکنولوژی آشکار‌سازی امروزی ما را با خبر کند.

اما تکنیک هوشمندانه‌ی جدیدی برای حل این مشکل وجود دارد. در این تکنیک، می‌توان از طریق آشکار‌سازی سیگنال‌ها‌ی بر‌جای مانده از این برخورد‌ها بر پس‌زمینه‌ی ثابت کیهان، آن‌‌ها را آشکارسازی کرد. این تکنیک همیشه در آشکار‌ساز‌ها‌ی لایگو و ویرگو به‌کار گرفته می‌شود.

با اینکه ما انسان‌ها نمی‌توانیم صدا‌ها‌یی از فضا بشنویم، سیگنال‌ها‌ی حاصل از برخورد دو سیاهچاله یا دو ستاره‌ی نوترونی، قابل تبدیل به اموج صوتی هستند.

از زمان اولین آشکار‌سازی امواج گرانشی در سال ۲۰۱۵، تا کنونن شش بار دیگر امواج گرانشی آشکار‌سازی شده‌اند.

طبق پژوهش‌ها‌ی اریک ترین و روری اسمیت، از مرکز تحقیقات امواج گرانشی ARC و دانشگاه موناش، حادثه‌ی برخورد دو سیاهچاله یا ستاره‌ی نوترونی که به تولید امواج گرانشی منجر می‌شوند، بسیار متداول‌تر از تعدادی است که توانسته‌ایم تا کنون آشکار‌سازی کنیم.

هر دو این پژوهشگران در آشکار‌سازی اولین برخورد دو ستاره‌ی نوترونی و همچنین آشکار‌سای‌ها‌ی سال گذشته شرکت داشته‌اند.

برخورد دو ستاره‌ی نوترونی یا دو سیاهچاله به حدی قوی و مختل‌کننده است که باعث انتشار امواج گرانشی در ساختار فضازمان می‌شود.

با اینکه اینشتین با نظریه‌ی نسبیت عام خود در سال ۱۹۱۵ وجود امواج گرانشی را پیش‌بینی کرده بود، حدود صد سال بعد توانستیم به ابزار و وسایلی دست پیدا کنیم که حساسیت کافی برای آشکار‌سازی امواج گرانشی منتشر‌شده در ساختار فضا_ زمان را داشته باشد.

این تکنولوژی هنوز در ابتدای راه خود بوده و در حال پیشرفت است. این موضوع به این معنی است که هنوز هم نمی‌توانیم بسیاری از این پدیده‌ها را آشکار‌سازی کنیم.

به‌گفته‌ی پژوهشگران، هر سال بیش از ۱۰۰ هزار برخورد اتفاق می‌افتند که به تولید امواج گرانشی منجر می‌شوند ولی به حدی ضعیف هستند که آشکار‌ساز‌ها‌ی لایگو و ویرگو، قادر به آشکار‌سازی آن‌ها نیستند.

این برخورد‌ها شامل، برخورد سیاهچاله‌ها‌ی کوچک و یا برخورد‌ها‌ی بسیار دور هستند. امواج گرانشی به صورت پالس‌های جداگانه نمود پیدا می‌کنند صدایی و شبیه صدا‌ی وز وز تولید می‌کنند.

پزوهشگران سال‌ها سعی بر آشکار‌سازی این صدای وز وز مانند داشته‌اند و اکنون ترین اسمیت و تیم او بر این باورند که به می‌توانند به روشی برای آشکار‌سازی امواج گرانشی با حساسیت بسیار بالا توسط تداخل‌سنج‌ها دست پیدا کنند.

ترین گفت:

آشکار‌سازی امواج گرانشی و اندازه‌گیری روی آن‌ها به ما این امکان را می‌دهد که بتوانیم محل تجمع سیاهچاله‌ها را پیدا کنیم. این تکنیک روزی به ما امکان آشکار‌سازی امواج گرانشی حاصل از انفجار بزرگ را که در پشت امواج حاصل از برخورد ستاره‌ها‌ی نوترونی و سیاهچاله‌ها پنهان شده است، خواهد داد.

تیم مورد نظر روشی را طراحی کرده است که قابلیت سوار شدن روی سیتم لایگو و ویرگو را داشته و می‌تواند سیگنال‌ها‌ی حاصل از برخورد دو سیاهچاله را به صوت تبدیل کرده و آن‌ها را تقویت کند.

اسمیت گفت:

این همان کاری است که مغز شما هنگام پایین آمدن میزان صدای رادیو و تبدیل شدن آن به پارازیت انجام می‌دهد. پالس‌ها‌ی کوتاه رادیو همچنان دریافت می‌شوند اما مغز شما می‌تواند این پالس‌ها‌ی کوچک را کنار هم قرار داده و موسیقی در حال پخش را تشخیص دهد.

برای تست این طرح، پژوهشگران برخورد‌ها‌ی سیاهچاله‌ای را شبیه‌سازی کردند و سعی کردند امواج گرانشی آن‌ها را در پس زمینه‌ی ثابت، آشکار‌سازی کنند. آن‌ها متوجه شدند که این روش قابل اطمینان است و می‌تواند سیگنال‌ها‌ی از قبل پیش‌بینی نشده را آشکار‌سازی کند.

این روش هنوز هم باید بر داده‌ها‌ی واقعی اعمال شود ما پژوهشگران بر این باورند که حتما کار خواهد کرد. به‌خصوص اینکه یک ابر‌کامپیوتر در دانشگاه سوینبرن نیز آن را اجرا کرده است.

ozSTAR برای جست‌و‌جو در میزان زیادی از داده‌ها‌ی تولید‌شده توسط آشکار‌ساز‌ها‌ی امواج گرانشی استفاده می‌شود و به‌دنبال برخورد‌ها‌ی ستاره‌ها‌ی نوترونی و سیاهچاله‌ها می‌گردد.

متیو بیلز در مصاحبه با ABC گفت:

این روش، دیدگاهی از جهان نا متعادل را به ما می‌دهد. زمانی که شما قوانینی برای فیزیک جهان می‌نویسید و این‌جا می‌خواهید درستی آن‌ها را بررسی کنید.

پژوهش این تیم در Physical Review X منتشر شد.