بزرگترین سیاهچالههای جهان ممکن است از طریق زنجیرهای از ادغامهای خشونتآمیز در اعماق خوشههای ستارهای پرجمعیت شکل گرفته باشند.
بر اساس تحقیقات جدید به رهبری دانشگاه کاردیف (Cardiff)، بزرگترین سیاهچالههایی که تاکنون از طریق امواج گرانشی شناسایی شدهاند، ممکن است مستقیماً از فروپاشی ستارهها بهوجود نیامده باشند. در عوض، دانشمندان میگویند این اجرام عظیم احتمالاً از طریق برخوردهای مکرر سیاهچالهها در داخل خوشههای ستارهای بهشدت متراکم ساخته شدهاند.
این تیم بینالمللی، نسخه ۴.۰ از کاتالوگ گذار امواج گرانشی (GWTC4) مربوط به همکاری LIGO-Virgo-KAGRA را مورد مطالعه قرار دادند که شامل ۱۵۳ مورد شناساییشده و بسیار مطمئن از ادغام سیاهچالهها است.
محققان این فرضیه را بررسی کردند که آیا سنگینترین سیاهچالههای این کاتالوگ میتوانند سیاهچالههای «نسل دوم» باشند یا خیر. این اجرام پس از ادغام سیاهچالههای اولیه تشکیل میشوند و سپس مجدداً در داخل خوشههای ستارهای چگال (جایی که ستارهها تا یک میلیون بار متراکمتر از منطقه اطراف خورشید ما هستند) با یکدیگر برخورد میکنند.
یافتههای این پژوهش که در نشریه Nature Astronomy منتشر شده، نشان میدهد که پرجرمترین سیاهچالههای مشاهده شده توسط امواج گرانشی، متعلق به جمعیت متمایزی هستند که بر اثر ادغامهای مکرر شکل گرفتهاند، نه فروپاشی معمولی ستارهای.
امواج گرانشی فاش میکنند که سیاهچالههای غولپیکر چگونه رشد میکنند
دکتر «فابیو آنتونینی»، نویسنده اصلی این مطالعه از دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه کاردیف، توضیح میدهد:
اخترشناسی امواج گرانشی اکنون فراتر از صرفاً شمارش ادغام سیاهچالهها عمل میکند. این علم در حال فاش کردن این موضوع است که سیاهچالهها چگونه رشد میکنند، کجا رشد میکنند و این موضوع درباره حیات و مرگ ستارههای پرجرم چه میگوید. این هیجانانگیز است زیرا میتوانیم از این اطلاعات برای آزمایش درک خود از چگونگی تکامل ستارهها و خوشهها در جهان استفاده کنیم.
محققان با مطالعه سیگنالهای امواج گرانشی، دو گروه مجزا از سیاهچالهها را شناسایی کردند:
- جمعیتی با جرم کمتر که با فروپاشی معمولی ستارهای مطابقت دارند.
- جمعیتی با جرم بیشتر که الگوهای چرخش (Spin) آنها دقیقاً مشابه چیزی است که از ادغامهای سلسلهمراتبی در خوشههای ستارهای چگال انتظار میرود.
دانشمندان میگویند الگوهای چرخش سیاهچالههای سنگینتر، شواهد بسیار محکمی ارائه میدهد که آنها از طریق برخوردهای مکرر شکل گرفتهاند.
تقویت شواهد برای «شکاف جرمی» سیاهچالهها
این مطالعه همچنین قویترین شواهد را برای پدیده مرموز «شکاف جرمی» (Mass Gap) ارائه میدهد که توسط اخترفیزیکدانان پیشبینی شده بود. طبق این نظریه قدیمی، ستارههای بسیار پرجرم باید پیش از آنکه بتوانند به سیاهچاله تبدیل شوند، به شکلی خشونتآمیز منفجر شده و خود را نابود کنند (ناپایداری جفتی).
در نتیجه، باید یک محدوده «ممنوعه» از جرم سیاهچالهها وجود داشته باشد که ستارهها نمیتوانند مستقیماً آنها را تولید کنند. محققان این نقطه انتقال را در سیاهچالههایی با جرم حدود ۴۵ برابر خورشید شناسایی کردند.
دکتر آنتونینی گفت:
سیاهچالههای بزرگ در نمونههای فعلی، به جای تکامل ستارهای، درباره دینامیک خوشهها با ما صحبت میکنند. بالاتر از حدود ۴۵ جرم خورشیدی، توزیع چرخش به شکلی تغییر میکند که توضیح آن با سیستمهای دوتایی ستارهای معمولی دشوار است، اما اگر فرض کنیم این سیاهچالهها قبلاً از ادغامهای اولیه در خوشههای چگال عبور کردهاند، به راحتی قابل توضیح است.
کشفیات جدید به مطالعه واکنشهای هستهای ستارهای کمک میکند
این تیم همچنین از نقطه انتقال نزدیک به شکاف جرمی برای بررسی یک واکنش هستهای کلیدی در فرآیند سوزاندن هلیوم در داخل ستارههای پرجرم استفاده کردند.
به گفته محققان، مشاهدات آینده امواج گرانشی ممکن است بینشهای ارزشمندی درباره فیزیک هستهای ارائه دهد، زیرا حد جرمی «ناپایداری جفتی» به واکنشهایی بستگی دارد که در اعماق هسته ستارهها رخ میدهد.
منبع: Scitechdaily
