ابتعد صراخ الموجة الجاذبية من الطفل الأسود من موقع ولادته للمرة الأولى

قام علماء الفلك لأول مرة بقياس سرعة واتجاه ثقب أسود حديثي الولادة ، وذلك بفضل الموجات الجاذبية التي تم إنتاجها وهي ترتد بعيدًا عن موقع اندماج الثقوب السوداء الأم. يأتي هذا القياس الكامل الأول لتراجع الثقب الأسود بعد عقد من الزمان تقريبًا بعد اكتشاف الموجات الجاذبية الأولى-تموجات صغيرة في وقت الفضاء الذي تنبأ به ألبرت أينشتاين لأول مرة في عام 1915-الذي يؤديه مرصد الموجة التداخل بالليزر (LIGO) في 14 سبتمبر 2015.

على مدى السنوات العشر الماضية ، ثروة من موجة الجاذبية الاكتشافات التي يؤديها ليجو وقد رسمت أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ، العذراء ، وكاشف موجات الجاذبية Kamioka (KAGRA) صورة أكثر تفصيلاً عن اندماج الثقب الأسود من أي وقت مضى. ومع ذلك ، ظل أحد أكثر الجوانب الرائعة والدرامية في عمليات الدمج هذه “غير مسموع” من قبل هذه الكشفات التي تقيس رنين الزمن الناجم عن أحداث الكون الأكثر تطرفًا. هذه هي “الركلة” التي تم تسليمها إلى الابنة Black Hole التي تولدها هذه الاندماج.

تتسبب هذه الركلة في أن يخرج الثقب الأسود المولود حديثًا من موجات الجاذبية في اتجاه مفضل – وهو اختلال التوازن الذي يجعلها تتلاشى عن موقع ولادتها ، وأحيانًا بأسرع ملايين الأميال في الساعة. هذا سريع بما فيه الكفاية حتى يهرب الثقب الأسود من مجرة ​​منزله.

هذا التوزيع غير المتكافئ للموجات الجاذبية من الارتداد الثقب الأسود يجب أن “يبدو” مختلفًا تمامًا عن الموجات الجاذبية العادية المنبعثة من عمليات الدمج السوداء بالإضافة إلى تموجات في الفضاء المنبعثة كثقوب سوداء في ثنائيات دوامة معًا.

تختلف الإشارة أيضًا بناءً على الموضع الذي يشغله المراقب بالنسبة لارتداد الثقب الأسود. يسمح هذا التمايز للعلماء بالنظر إلى إشارة الموجة الجاذبية وتحديد اتجاه وسرعة الثقب الأسود الذي تم ركله.

“يمكن فهم عمليات دمج الفتحة السوداء على أنها تراكب لإشارات مختلفة ، تمامًا مثل موسيقى الأوركسترا بما يتوافق مع مزيج من الموسيقى التي تلعبها العديد من الأدوات المختلفة” ، خوان كالديرون بوستلو ، قائد فريق الدراسة والباحث Tat the Institoto Galegode Físicade Altasistiass (Igfae) ، قال في بيان. “ومع ذلك ، فإن هذه الأوركسترا خاصة: سوف تسجل الجماهير الموجودة في مواقع مختلفة من حولها مجموعات مختلفة من الأدوات ، والتي تسمح لهم بفهم مكانها بالضبط حولها.”

سيحصل علماء الثقب الأسود على ركلة من هذا

للتحقيق في الارتداد من ثقب أسود حديثي الولادة ، حقق كالديرون بوستلو وزملاؤه في دمج ثقوب سوداء من كتل مختلفة سجلها LIGO و Virgo في عام 2019 كإشارة موجة الجاذبية GW 190412.

الفرق بين هذه الدراسة والتحليلات السابقة للإشارة هو أن هذا الفريق استخدم منهجية جديدة مكنتهم من اكتشاف الركلة التي تتلقاها ابنة Black Hole.

وقال كالديرون بوستلو: “لقد خرجنا مع هذه الطريقة في عام 2018. لقد أظهرنا أنه سيمكن قياسات الركل باستخدام أجهزة الكشف الحالية لدينا في وقت تتطلب فيه طرق أخرى حالية الكشف مثل LISA (كاشف الموجة الجاذبية المقترحة في الفضاء) ، والذي كان على بعد أكثر من عقد من الزمان”. “لسوء الحظ ، بحلول ذلك الوقت ، لم يكتشف Ligo و Virgo المتقدم إشارة مع” موسيقى من أدوات مختلفة “يمكن أن تمكن من قياس الركلة.

“ومع ذلك ، كنا متأكدين من أن أحد هذه الاكتشافات يجب أن يحدث قريبًا. كان من المثير للغاية اكتشاف GW190412 بعد عام واحد فقط ، لاحظ أنه من المحتمل أن يتم قياس الركلة ، وفعل ذلك بالفعل.”

شوهد الثقب الأسود الذي تم إنشاؤه في عملية الدمج التي أطلقت إشارة GW190412 وهي تتسابق بعيدًا عن موقع ولادتها بسرعة 112000 ميل في الساعة (50 كيلومترًا في الثانية). هذا حوالي 150 ضعف سرعة الصوت هنا على الأرض.

على الرغم من أن هذا بعيد عن الحد الأقصى للسرعة التي يمكن أن تصل إليها الثقب الأسود بعد ركلة تم دمجها ، إلا أنها سريعة بما يكفي للسماح لهذا الثقب الأسود بالهروب من التجميع الكثيف من النجوم ، أو الكتلة الكروية، التي ولدت.

وقال كوستاف تشاندرا ، عضو فريق الدراسة والباحث في جامعة ولاية بنسلفانيا ، في البيان ، “هذه واحدة من الظواهر القليلة في الفيزياء الفلكية حيث لا ناكتشف شيئًا ما فقط-فنحن نعيد بناء الحركة ثلاثية الأبعاد الكاملة لكائن على بعد مليارات من السنوات الضوئية ، باستخدام تموجات فقط في وقت الفضاء”. “إنها مظاهرة رائعة لما يمكن أن تفعله الموجات الجاذبية.”

تتمثل الخطوة التالية للفريق في استخدام هذا الارتداد بالإضافة إلى قياسات الاتجاه والسرعة لابنة الثقوب السوداء للتحقيق في عمليات دمج الثقب السوداء من خلال كل من موجات الجاذبية ومعها الإشعاع الكهرومغناطيسي، هذا الأخير هو أساس “علم الفلك التقليدي”.

“يمكن أن تؤدي عمليات دمج الفتحة السوداء في البيئات الكثيفة إلى الإشارات الكهرومغناطيسية القابلة للاكتشاف-المعروفة باسم المشاعل-حيث يعبر الثقب الأسود بقايا بيئة كثيفة مثل أنواة المجرة ctive (AGN) ، “أوضح عضو فريق الدراسة سامسون ليونج من جامعة هونغ كونغ الصينية في البيان.” لأن رؤية التوهج تعتمد على اتجاه الارتداد بالنسبة إلى الأرض ، فإن قياس الارتداد سيسمح لنا بالتمييز بين جاذبية الجاذبية الحقيقية للموجة المغناطيسية التي تأتي من ثقب أسود ثنائي وضمان عشوائي فقط. ”

تم نشر بحث الفريق يوم الثلاثاء (9 سبتمبر) في المجلة علم الفلك الطبيعة.