کشف یک سیگنال گرانشی مهم در دل کیهان

پژوهشگران «موسسه کیهان‌شناسی و گرانش» (ICG) وابسته به «دانشگاه پورتسموث» (University of Portsmouth) انگلستان، به شناسایی یک سیگنال موج گرانشی قابل توجه کمک کرده‌اند که می‌تواند کلید حل یک راز کیهانی باشد.

به نقل از وب‌سایت رسمی دانشگاه پورتسموث، این کشف یکی از جدیدترین اکتشافات مجموعه نتایج اعلام‌شده توسط گروه «LIGO-Virgo-KAGRA» است که بیش از ۱۶۰۰ دانشمند را از سراسر جهان در بر دارد. از جمله اعضای این گروه، پژوهشگران موسسه کیهان‌شناسی و گرانش هستند که هدف آنها شناسایی امواج گرانشی و استفاده کردن از آنها برای کشف مبانی علم است.

در ماه مه سال ۲۰۲۳، اندکی پس از آغاز چهارمین رصد LIGO-Virgo-KAGRA، آشکارساز «LIGO Livingston» در لوئیزیانا، یک سیگنال موج گرانشی را از برخورد دو جرم مشاهده کرد که احتمال می‌رفت اولی یک ستاره نوترونی و دومی یک جرم فشرده باشد که ۲.۵ تا ۴.۵ برابر جرم خورشید ماست.

ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها هر دو اجرام فشرده هستند که بقایای متراکم انفجارهای بزرگ ستاره‌ای به شمار می‌روند. چیزی که این سیگنال موسوم به «GW۲۳۰۵۲۹» را جذاب می‌کند، جرم سنگین آن است. این جرم در یک شکاف جرم احتمالی بین سنگین‌ترین ستاره‌های نوترونی شناخته‌شده و سبک‌ترین سیاه‌چاله‌ها قرار می‌گیرد. سیگنال موج گرانشی به تنهایی نمی‌تواند ماهیت این جرم را آشکار کند. تشخیص آتی رویدادهای مشابه، به ویژه رویدادهایی که با انفجار تابش الکترومغناطیسی همراه هستند، می‌تواند به حل این مشکل کمک کند.

دکتر «گرث کابورن دیویس» (Gareth Cabourn Davies) مهندس نرم‌افزار در موسسه کیهان‌شناسی و گرانش گفت: تأیید رویدادها با دیدن آنها در آشکارسازهای متعدد، یکی از قوی‌ترین روش‌های ما در جداسازی سیگنال‌ها از نویز است. با استفاده کردن از مدل‌های مناسب نویز پس‌زمینه می‌توانیم یک رویداد را قضاوت کنیم؛ حتی زمانی که آشکارساز دیگری را برای پشتیبانی از آنچه دیده‌ایم نداشته باشیم.

دکتر «جس مک‌آیور» (Jess McIver) دانشیار «دانشگاه بریتیش کلمبیا» (UBC) گفت: این کشف، اولین نتایج هیجان‌انگیز ما از چهارمین دوره رصدی LIGO-Virgo-KAGRA است و نشان می‌دهد که برخوردهای مشابه بین ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌های کم‌جرم ممکن است بیشتر از حد تصور ما وجود داشته باشند.

از آنجا که این رویداد تنها توسط یک آشکارساز امواج گرانشی مشاهده شد، ارزیابی واقعی آن دشوارتر می‌شود.

دیویس، تجهیزات مورد استفاده برای جستجوی رویدادها را در یک آشکارساز توسعه داد. وی افزود: تایید رویدادها به واسطه مشاهده آنها در آشکارسازهای متعدد، یکی از قوی‌ترین روش‌های ما در جداسازی سیگنال‌ها از نویز است. با استفاده از مدل‌های مناسب نویز پس‌زمینه می‌توانیم یک رویداد را قضاوت کنیم؛ حتی زمانی که آشکارساز دیگری را برای پشتیبانی از آنچه دیده‌ایم نداریم.

پیش از کشف امواج گرانشی در سال ۲۰۱۵، توده‌هایی از سیاه‌چاله‌هایی با جرم ستاره‌ای عمدتا با کمک مشاهدات پرتو ایکس و توده‌هایی از ستاره‌های نوترونی با کمک مشاهدات رادیویی پیدا می‌شدند. نتایج به‌دست‌آمده در دو محدوده متمایز با شکاف بین دو تا پنج برابر جرم خورشید ما قرار گرفتند.

تحلیل سیگنال GW۲۳۰۵۲۹ نشان می‌دهد که از ادغام دو جرم فشرده حاصل شده است.

اگرچه سیگنال موج گرانشی، اطلاعات کافی را ارائه نمی‌دهد تا به دقت تعیین شود که آیا این اجرام فشرده، ستاره‌های نوترونی یا سیاه‌چاله هستند اما به نظر می‌رسد که جرم سبک‌تر یک ستاره نوترونی و جرم سنگین‌تر یک سیاه‌چاله باشد.