سیاه‌چاله‌ها چگونه بزرگ می‌شوند؟

به گزارش ایسنا و به نقل از نیواطلس، سوالات زیادی در مورد سیاه‌چاله‌ها وجود دارد و گروهی از ستاره‌شناسان اکنون پاسخ جدیدی را برای یکی از آنها پیشنهاد کرده‌اند. سوال این است که چرا تعداد زیادی از سیاه‌چاله‌های مشاهده شده، بزرگتر از حد انتظار هستند؟ یک مدل‌سازی جدید نشان می‌دهد که رشد سیاه‌چاله‌ها ممکن است از نظر کیهان شناسی، با گسترش جهان مرتبط باشد.

"رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری" یا "لایگو" (LIGO) در سال ۲۰۱۵، برای نخستین بار توانست امواج گرانشی را تشخیص دهد. این‌ امواج اغلب در برخورد میان سیاه‌چاله‌ها تولید می‌شوند و ستاره‌شناسان می‌توانند با کار کردن روی آنها، جرم دو سیاه‌چاله در حال ادغام را محاسبه کنند. پژوهشگران در این بررسی، متوجه موضوع عجیبی شدند.

رایج‌ترین نوع سیاه‌چاله و نوعی که پژوهشگران انتظار داشتند در بیشتر ادغام‌ها دخیل باشد، سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای هستند. این سیاه‌چاله‌ها، از فروپاشی ستارگان بزرگ تشکیل شده‌اند و انتظار می‌رود که جرمی بین پنج تا حدود ۳۰ برابر جرم خورشید داشته باشند اما پژوهشگران رصدخانه لایگو، چندین سیاه‌چاله با جرم بسیار بالاتر را شناسایی کردند.

چگونه سیاه‌چاله‌ها تا این اندازه بزرگ شدند؟ رایج ترین توضیح این است که آنها با بلعیدن موادی مانند غبار، گاز، ستاره‌ها یا سایر سیاه‌چاله‌ها رشد می‌کنند اما اکنون پژوهشگران در یک بررسی جدید، پاسخ نسبتا عجیبی را ارائه داده‌اند. پاسخ آنها این است که جرم سیاه‌چاله‌ها می‌تواند همراه با گسترش جهان و طی فرآیند جفت شدن کیهانی افزایش یابد.

"دانکن فارا" (Duncan Farrah)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما فکر کردیم که اثر معکوس را در نظر بگیریم. اگر سیاه‌چاله‌ها از نظر کیهانی جفت شوند و انرژی را بدون نیاز به مصرف کردن ستارگان دیگر یا گاز به دست آورند، چه چیزی را مشاهده خواهیم کرد؟

پژوهشگران خاطرنشان کردند که مدل‌سازی سیاه‌چاله‌ها معمولا در جهان‌های شبیه‌سازی‌شده‌ای انجام می‌شود که گسترش نمی‌یابند. این موضوع به خاطر ساده شدن پژوهش است اما می‌تواند هر گونه اثر ناشی از جفت شدن کیهانی را پنهان کند. بنابراین پژوهشگران در این پروژه جدید، شبیه‌سازی‌هایی را انجام دادند که این گسترش در آنها رخ می‌داد.

این گروه پژوهشی، میلیون‌ها جفت ستاره را طی تولد، زندگی و مرگ آنها و همچنین تشکیل دادن سیاه‌چاله‌ها شبیه‌سازی کردند و مهم‌تر از آن این که جرم سیاهچاله‌ها را با اندازه جهان شبیه‌سازی شده مرتبط ساختند. این جفت‌های سیاه‌چاله به مرور زمان بزرگ‌تر شدند زیرا به سمت یکدیگر می‌رفتند و در نهایت با هم برخورد می‌کردند.

سیاه‌چاله‌های حاصل از ادغام‌ها نه تنها بزرگتر بودند، بلکه به نظر می‌رسید که این موضوع به ادغام‌های بیشتری منجر می‌شود و پیش‌بینی‌ها به خوبی با داده‌های رصدخانه لایگو مطابقت دارد.  

پژوهشگران باور دارند که این مدل جدید به خوبی کار می‌کند زیرا نیازی نیست که درک موجود ما را در مورد نحوه شکل‌گیری، زندگی و مرگ ستارگان تغییر بدهد. ایده کنونی مبنی بر این که سیاهچاله‌ها، ماده و همچنین یکدیگر را می‌بلعند، می‌تواند توضیح ساده‌تری در مورد نحوه بزرگ شدن آنها باشد.

"مایکل زوین" (Michael Zevin)، از پژوهشگران این پروژه گفت: بسیاری از جنبه‌های ادغام سیاه‌چاله‌ها مانند محیط‌های شکل‌گیری و فرآیندهای فیزیکی پیچیده‌ای که طی زندگی‌ آنها ادامه می‌یابند، به صورت جامع شناخته نشده‌اند. ما از ستاره‌های شبیه‌سازی‌شده‌ای استفاده کردیم که داده‌های کنونی را منعکس می‌کنند. جفت شدن کیهانی، ایده مفیدی است اما هنوز نمی‌توانیم قدرت این جفت شدن را اندازه‌گیری کنیم.

این پژوهش، در "Astrophysical Journal Letters" به چاپ رسید.