بیگ بنگ/ برای اولین‌بار، اخترشناسان تلالو نور برخورد دو سیاهچاله را مشاهده کردند. این دو جرم که ۷.۵ میلیارد سال نوری از زمین فاصله داشتند، به یکدیگر رسیده و ادغام شدند. آنها در درون گردابی چرخان از ماده قرار دارند که به اطراف سیاهچاله‌ای بزرگتر و کلان جرم می‌چرخند.
این گرداب را با نام قرص برافزایشی می‌شناسند که به دور افق رویداد یک سیاهچاله می‌چرخد؛ آنجا گرانش به قدری قوی است که حتی نور هم نمی‌تواند بگریزد. به همین دلیل است که دانشمندان تا کنون برخورد دو سیاهچاله را شاهد نبوده‌اند. در نبود نور، آن‌ها تنها می‌توانند با شناسایی امواج گرانشی از وجودشان با خبر شوند. موج‌هایی در فضا-زمان که با برخورد دو جرم سنگین شکل می‌گیرند.

نخستین‌بار “آلبرت اینشتین” این پدیده را پیش‌بینی کرد، اما او هیچوقت فکر نمی‌کرد موج‌های گرانشی کشف شوند. با وجود اختلال‌ها و ارتعاش‌ها در گیتی، این موج‌ها ضعیف‌تر از آنی به نظر می‌رسیدند که در زمین شناسایی شوند. به مدت ۱۰۰ سال، به نظر حرف اینشتین درست بود. زیرا در سال ۲۰۱۵، دو دستگاه در واشنگتن و لوئیزیانا اولین موج گرانشی را ثبت کردند: سیگنال‌هایی که از ادغام دو سیاهچاله در فاصلهٔ ۱.۳ میلیارد سال نوری دریافت شده بودند.

این کشف باعث گشایش حوزه‌ای جدید در علم اخترشناسی شده و جایزهٔ نوبل را برای دو دانشمند حاضر در پروژه به همراه داشت. نام این پروژه “رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری” یا به اختصار لایگو بود. حال برای اولین‌بار، دانشمندان برخورد دو سیاهچاله را یافتند که رصدخانه، فوران نور آن را مطابقت داد. چیزی که پیشتر غیرممکن به نظر می‌رسید. زیرا سیاهچاله‌ها نوری ساطع نمی‌کنند.

به گفته محققان زمانی که دو سیاهچاله ادغام شدند، نیروی برخورد باعث پرتاب شدن سیاهچالهٔ جوان به درون گاز قرص برافزایش سیاهچالهٔ بزرگتر شد. ” بری مک کرنا” اخترشناس گروه تکنولوژی موسسهٔ کالیفرنیا، در این باره گفت: «واکنش گاز به این گلولهٔ پرسرعت است که شعلهٔ درخشانی ایجاد کرده و تلسکوپ‌های ما آن را شکار می‌کنند.» محققان انتظار دارند در سال‌های آتی زمانی که باید دوباره وارد قرص برافزایش سیاهچالهٔ بزرگتر شود شعلهٔ دیگری از این سیاهچاله رصد کنند.

“مانسی کاسیوال” دانشیار اخترشناسی در دانشگاه کالتک و دیگر محقق این پژوهش، گفت:«دلیل جستجوی چنین شعله‌هایی بسیار مهم است، زیرا کمک بسیاری به حل پرسش‌های اخترفیزیک و کیهان‌شناسی می‌کند. اگر بتوانیم بار دیگر موفق به کشف این شکل از نور ساطع شده از ادغام سیاهچاله‌ها شویم، آن وقت می‌توانیم خانهٔ این سیاهچاله‌ها را پیدا کنیم و چیزهای بیشتری در مورد خاستگاه آنها بدانیم.»

تلاقی شعله‌ای استثنائی با موج‌های گرانشی
رصدخانه‌های لایگو که متشکل از دو آشکارساز امواج گرانشی در کشور آمریکا هستند و همچنین همتای ایتالیایی آنها، ویرگو، اختلالی در فضا-زمان به در ماه مه ۲۰۱۹ میلادی احساس کردند. تنها چند روز بعد، تلسکوپ‌های رصدخانهٔ پالومار در نزدیکی سن دیگو، نور ناگهانی را در همان نقطه از کیهان رصد کردند.
وقتی محققان کلتک به تصاویر آرشیوی آن نقطه از آسمان نگاه کردند، متوجه تشعش نور شدند. نور به آرامی در طول یک ماه ناپدید شده بود. زمان و محل این اتفاق با مشاهدات رصدخانه‌ها همخوانی داشت. “متیو گراهام” استاد اخترشناسی کلتک و عضو اصلی تحقیقات، در بیانیه اضافه کرد: «در مطالعاتمان ما نتیجه گرفتیم که این شعله به احتمال در نتیجهٔ ادغام سیاهچاله اتفاق افتاده است، اما ما نمی‌توانیم به طور کامل احتمال‌های دیگر را رد کنیم.»

گرچه محققان موفق به ردکردن این احتمال شدند که نور مورد نظر از انفجارهای همیشگی قرص برافزایشی سیاهچاله آمده باشد. به این دلیل که قرص سیاهچاله نزدیک به ۱۵ سال قبل‌تر از این شعله‌ها آرام بوده است. کاسلیوال گفت: «سیاهچاله‌های کلان جرم مثل این سیاهچاله همیشه شعله دارند. آن‌ها اجرام ساکتی نیستند اما زمان‌بندی، اندازه و محل این شعله بسیار استثنائی بود.»

لایگو چطور برخورد سیاهچاله‌ها را شناسایی می‌کند؟
هر دو آزمایشات لایگو و ویرگو متشکل از دو بازوی ۴ کیلومتری هستند. این آشکارسازها پرتو لیزری شلیک کرده و به دو قسمت تقسیم می‌شوند. یکی از این قسمت‌ها به درون لوله‌ای ۴ کیلومتری به سمت پایین و قسمت دیگر به درون لوله‌ای یکسان و عمودی فرستاده می‌شود. این پرتوها از آینه‌ای به آینه دیگر جهیده و سپس در نزدیکی پرتابگر اصلی ادغام می‌شوند. وقتی همه چیز آرام باشد، امواج نور با طولی یکسان بازگشته و آرایش آنها به گونه‌ای خواهد بود که یکدیگر را خنثی می‌کنند.



اما وقتی یک موج گرانشی به زمین برخورد می‌کند، فضا-زمان را پیچ و تاب داده و به مدت کوتاهی یکی از لوله‌ها نسبت به دیگری کوتاه‌تر می‌شود. این خمیدگی کش آمدن و فشرده شدن آهنگین تا زمان رد شدن موج ادامه دارد. وقتی این اتفاق افتاد، دو موج نور طولی یکسان نداشته و ادغام نخواهند شد، بنابراین یکدیگر را خنثی نمی‌کنند. این باعث می‌شود آشکارساز فلش ناگهانی نور را ثبت کند.

در نتیجه محاسبهٔ تغییرات میزان نور به فیزیکدانان کمک می‌کند امواج گرانشی که از زمین رد می‌شوند را شناسایی و رصد کنند. رصدخانه‌ها به همین شکل ادغام دو ستارهٔ نوترونی را در اکتبر ۲۰۱۷ شناسایی کردند؛ همچنین پدیده‌ای که به عقیدهٔ محققان، بلعیدن یک ستارهٔ نوترونی توسط یک سیاهچاله در ماه اوت ۲۰۱۹ بود، شناسایی شد. به طور کل، رصدخانه‌ها به احتمال بیش از ۳۰ بار موفق به شناسایی موج‌های گرانشی شده‌اند.

یک رصدخانهٔ جدید امواج گرانشی راه‌اندازی خواهد شد
وقتی یک رصدخانهٔ امواج گرانشی دیگری به نام آشکارساز امواج گرانشی کامیوکا یا به اختصار “کاگرا(KAGRA)” شروع به کار کند، دانشمندان انتظار دیدن اکتشافات این چنینی بیشتری را در سال‌های آتی دارند. به کمک کاگرا، لایگو و ویرگو، دانشمندان قصد دارند محل دقیق‌تر برخوردهای بزرگ را با دقتی سه برابر بیشتر شناسایی کنند. این اتفاق می‌تواند کار تلسکوپ‌ها را برای تأیید برخوردهای دارای امواج گرانشی و همچنین رصد نور آنها راحت‌تر کند.

“ویکی کالوگرا” اخترفیزیکدان دانشگاه نورث وسترن و پروژهٔ لایگو، پیش‌تر گفته بود که این شبکهٔ جدید جهانی می‌تواند تا ۱۰۰ برخورد در سال را شناسایی کند. با شناسایی هر چه بیشتر برخوردها با دقتی بالاتر توسط این شبکهٔ جهانی، دانشمندان قادر خواهند بود تا اطلاعات بیشتری در مورد ادغام‌های عظیم کسب کنند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجلهٔ Physical review letters منتشر شده است.