الثقوب السوداء “تدق” مثل الأجراس بعد اندماجها – وقد يكون هذا هو المفتاح لرؤية ما بداخلها
تعتبر الثقوب السوداء من أكثر الأشياء الغامضة في الكون. هذا جزئيًا لأن معادلات النسبية العامة التي نستخدمها لفهمها تنهار عند الدراسة الثقوب السوداء“المراكز فائقة الكثافة. ومع ذلك ، تظهر ورقة بحثية جديدة كيف يمكن لعلماء الفلك يومًا ما التغلب على هذا التحدي باستخدام موجات الجاذبية “لرؤية” داخل الثقوب السوداء المدمجة ، ومعرفة ما تتكون منها بالفعل.
في نظرية أينشتاين العامة لـ النسبية، الثقوب السوداء هي أجسام تمنع الضوء من الهروب بسبب جاذبيتها الهائلة. تُعرف حدود الثقب الأسود بأفق الحدث – إذا تجاوزت هذه العتبة ، فلن تتمكن أبدًا من الخروج منها. تتنبأ النسبية أيضًا بأن مراكز الثقوب السوداء هي نقاط ذات كثافة عالية بلا حدود ، تُعرف باسم التفردات.
يعني وجود التفردات أن المعادلات نفسها تتفكك ؛ تبدأ اللانهايات في الظهور في الرياضيات مما يمنع إجراء المزيد من العمليات الحسابية. لذلك نحن نعلم أن النسبية العامة غير مكتملة. يجب أن تكون هناك نظرية أكثر جوهرية ، ربما تكون مرتبطة بفيزياء الكم للمقاييس دون الذرية ، يمكنها أن تصف بشكل صحيح ما يحدث في مركز الثقب الأسود.
ليس لدينا حتى الآن أي نظرية كمية كاملة للجاذبية ، ولكن لدينا العديد من المرشحين. على سبيل المثال ، هناك نظرية الأوتار، الذي يتنبأ بأن جميع الجسيمات في الكون تتكون في الواقع من أوتار متذبذبة بالغة الصغر. هناك أيضًا الجاذبية الكمية الحلقية ، والتي تقول أن الزمكان نفسه مكون من أجزاء صغيرة غير قابلة للتجزئة مثل البكسل على شاشة الكمبيوتر.
كلا الطريقتين يمكن أن تحل محل التفرد التقليدي في مركز الثقب الأسود بشيء آخر. ولكن عندما تستبدل التفرد ، فإنك عادة ما تلغي أيضًا أفق الحدث. ذلك لأن أفق الحدث ناتج عن قوة الجاذبية اللانهائية للفردية. بدون التفرد ، يكون الجاذبية قويًا بشكل لا يصدق ، ولكنه ليس لانهائيًا ، وبالتالي يمكنك دائمًا الهروب من محيط الثقب الأسود طالما أنك تهرب بسرعة كافية.
في بعض الاختلافات في نظرية الأوتار ، يتم استبدال آفاق التفرد والحدث بشبكات متشابكة من العقد المتشابكة للزمكان. في الجاذبية الكمومية الحلقية ، تصبح التفرد كتلة صلبة صغيرة للغاية وكثيفة للغاية من المادة الغريبة. في نماذج أخرى ، يتم استبدال الثقب الأسود بأكمله بقشرة رقيقة من المادة ، أو بتكتلات من أنواع جديدة من جسيمات المضاربة.
مجاهر الجاذبية
لغز الثقب الأسود
مع ال أقرب الثقوب السوداء المعروفة آلاف من سنوات ضوئية بعيدًا ، من الصعب اختبار هذه النماذج. لكن أحيانًا ترسل لنا الثقوب السوداء معلومات مهمة ، خاصة عندما تندمج معًا. عندما يفعلون ذلك ، يطلقون فيضانات من موجات الجاذبية ، وهي تموجات في الزمكان يمكن اكتشافها باستخدام أدوات حساسة على أرض، مثل مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) وتجارب VIRGO.
حتى الآن ، تتفق جميع ملاحظات اندماج الثقوب السوداء مع نموذج الثقب الأسود الفانيليا الذي تنبأت به النسبية العامة. لكن هذا قد يتغير في المستقبل مع ظهور أجيال جديدة من مراصد الموجات الثقالية على الإنترنت ، نُشرت في 30 نوفمبر في مجلة ما قبل الطباعة. arXiv وتقترح.
المفتاح ليس موجات الجاذبية المنبعثة أثناء الاندماج نفسه ، ولكن تلك التي انبعثت بعد ذلك مباشرة ، وفقًا للورقة. عندما ينتهي الاندماج ويصبح الثقبان الأسودان جسمًا واحدًا ، تهتز الكتلة المدمجة الجديدة بكمية مكثفة من الطاقة ، مثل الجرس المضروب. مرحلة “الحلقة” هذه لها بصمة مميزة لموجة الجاذبية.
من خلال دراسة هذه التواقيع ، قد يتمكن الباحثون يومًا ما من معرفة أي نظريات الثقب الأسود تصمد وأيها لا تصمد. يتنبأ كل نموذج من نماذج الثقب الأسود بالاختلافات في موجات الجاذبية المنبعثة خلال مرحلة الحلقة ، والتي تنبع من الاختلافات في البنية الداخلية للثقب الأسود. مع تراكيب ثقب أسود مختلفة ، تظهر أنواع مختلفة من موجات الجاذبية.
يأمل علماء الفلك أن يكون الجيل التالي من أجهزة الكشف عن الموجات الثقالية حساسًا بدرجة كافية لاكتشاف هذه التغييرات الصغيرة المتوقعة في توقيع الحلقة. إذا فعلوا ذلك ، فسوف يغيرون بشكل جذري مفهومنا للثقوب السوداء ويدفعوننا إلى الأمام في حل لغز أعمق ألغازهم.
