علماء الفلك يكشفون عن كمية قياسية من 161 تصادمًا جديدًا للثقب الأسود

يشير كتالوج موجات الجاذبية الجديد إلى 161 موجة إضافية الثقب الأسود عمليات الدمج ليصل المجموع إلى 390 عملية اكتشاف.

العلماء في جامعة جلاسكومعهد أبحاث الجاذبية نحتفل بإصدار مجموعة كبيرة جديدة من اكتشافات موجات الجاذبية، وهو حدث بارز يسلط الضوء على النمو السريع لعلم فلك الجاذبية.

تم نشر أحدث كتالوج لموجات الجاذبية العابرة (GWTC-5) على الإنترنت إلى جانب الأوراق العلمية المقدمة إلى ال مجلة الفيزياء الفلكية و ال رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

يضيف الكتالوج 161 إشارة تم تحديدها حديثًا من الثقوب السوداء المتصادمة التي تم اكتشافها بين أبريل 2024 ويناير 2025 بواسطة ليغو المراصد في الولايات المتحدة، وكاشف العذراء في إيطاليا، وكاشف KAGRA في اليابان. تشكل هذه المرافق معًا مجموعة LVK Collaboration. ومع هذه الإضافات، ارتفع إجمالي عدد اكتشافات موجات الجاذبية إلى 390.

ومن بين النتائج الأكثر بروزًا، هناك دليل على الجيل الثاني من الثقوب السوداء، وهو الموقع الأكثر دقة في السماء على الإطلاق لمصدر موجة الجاذبية، وأول قياس ناجح لثلاثة أوضاع اهتزازية من ثقب أسود.

من الكشف الأول إلى 390 إشارة

شارك الباحثون في جامعة جلاسكو في علم موجات الجاذبية منذ السبعينيات. لقد ساعدوا في تطوير أنظمة تعليق المرآة شديدة الحساسية المستخدمة في مرصد موجات الجاذبية بالليزر (NSF LIGO) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية، والتي تعتبر ضرورية لاكتشاف هذه الاضطرابات الصغيرة في الزمكان.

منذ أول ملاحظة مباشرة ل موجات الجاذبية وفي سبتمبر 2015، واصل علماء جلاسكو العمل مع شركاء LVK الدوليين لتحسين أداء الكاشف وتقنيات تحليل البيانات. ومع زيادة حساسية الكاشف، أصبحت الاكتشافات أكثر تواترا.

خلال فترات المراقبة، تكتشف الشبكة الآن ما يقرب من ثلاثة إلى أربعة أحداث لموجات الجاذبية كل أسبوع، ومن المتوقع أن ينمو هذا المعدل مع استمرار تحسن الأدوات.

يتناوب التعاون بين حملات المراقبة والفترات المخصصة للترقيات والاختبار. ونتيجة لذلك، يتم تحديث كتالوج موجات الجاذبية، بما في ذلك الاكتشافات التي تم التحقق منها والمعلومات التفصيلية حول مصادرها، وإصدارها للمجتمع العلمي كل ستة أشهر تقريبًا.

تم الكشف عن المئات من تصادمات الثقب الأسود

الدكتور دانييل ويليامز هو زميل باحث في معهد أبحاث الجاذبية، وهو الرئيس المشارك لمجموعة عمل العلوم الثنائية المدمجة في LSC. وقال: “لقد أدى هذا التحديث الكبير مرة أخرى إلى توسيع وتعميق معرفتنا بالكون وأعطانا المزيد من اللمحات عن أكثر أجسامه مراوغة: الثقوب السوداء المتصادمة.

“قبل عشر سنوات فقط، قمنا باكتشاف أول موجات الجاذبية من أحد هذه الأحداث، وهي شهادة حقيقية على عمل مئات العلماء حول العالم، حيث نقوم الآن باكتشاف وتحليل المئات منها.

“في جلاسكو، كنا في طليعة تطوير تكنولوجيا جديدة لجعل أجهزة الكشف أكثر حساسية، مما يسمح لنا برؤية المزيد من هذه الإشارات بشكل أكثر وضوحًا ومن الاصطدامات على مسافة أبعد بكثير مما كنا نستطيع قبل عقد من الزمن. كما أننا نقود تطوير التحليلات النقدية التي تسمح لنا باستخراج الكثير من المعلومات من كل إشارة: فك تشفير خصائص الثقوب السوداء التي تصطدم على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض، كل ذلك من القياس الذي يغير أجهزة الكشف لدينا بمقدار جزء من حجم الذرة”. نواة.

بالإضافة إلى العدد الهائل من الاكتشافات الجديدة، يتضمن الكتالوج العديد من الملاحظات التي سجلت أرقامًا قياسية جديدة في علم فلك موجات الجاذبية. يتضمن ذلك تحديد المصدر الأكثر دقة على الإطلاق، وأقوى إشارة لموجة الجاذبية تم اكتشافها حتى الآن، وأدلة إضافية تدعم وجود الجيل الثاني من الثقوب السوداء.

Precision Sky Localization يسجل رقمًا قياسيًا جديدًا

تم اكتشاف حدث واحد، سُمي GW240615، بواسطة مراصد LIGO في الولايات المتحدة وكاشف Virgo في إيطاليا في 15 يونيو 2024. وقد حقق توطين السماء الأكثر دقة لأي مصدر لموجات الجاذبية تم رصده حتى الآن، مما أدى إلى تضييق نطاق مصدره إلى مساحة 6 درجات مربعة فقط.

ونتج هذا الحدث عندما اندمج ثقبان أسودان تبلغ كتلتهما حوالي 26 و30 شمسًا على بعد أكثر من 3 مليارات سنة ضوئية من الأرض.

موجات الجاذبية وثابت هابل

وقال أليكس بابادوبولوس، باحث دراسات عليا في معهد أبحاث الجاذبية: “يمنحنا كتالوج GWTC-5.0 المحدث مجموعة أكبر بكثير من إشارات موجات الجاذبية للمساعدة في الإجابة على أحد أكبر الأسئلة في علم الكون: ما مدى سرعة توسع الكون؟

“يتم وصف معدل هذا التوسع بقيمة تسمى ثابت هابل. وتسمح لنا موجات الجاذبية بقياس ذلك من خلال تقدير مدى بعد الأجسام المندمجة، إما مباشرة من الإشارة نفسها أو عن طريق تحديد المجرة التي حدث فيها الاندماج.

“أحد التحسينات الرئيسية في GWTC-5.0 مقارنة بالكتالوجات السابقة هو تضمين الملاحظات من كاشف العذراء، الذي عاد بعد عدم المشاركة في عملية الرصد السابقة. باستخدام هذا الكاشف الإضافي، يمكننا تحديد موقع إشارات موجات الجاذبية في السماء بدقة أكبر بكثير، مما يسهل تحديد المجرة المضيفة لكل اندماج. وتعني مكتبتنا الموسعة للاكتشافات أيضًا أنه يمكننا استخدام 236 إشارة، أي ضعف العدد السابق تقريبًا، في تحليلاتنا. يساهم الحدث بكمية صغيرة من المعلومات، لذا تعمل هذه الإشارات الإضافية معًا على تحسين نتائجنا بشكل كبير.

“معًا، تساعدنا هذه التحسينات على قياس ثابت هابل بشكل أكثر دقة من أي وقت مضى باستخدام موجات الجاذبية، مما يقربنا من فهم أحد أهم الأسئلة المفتوحة في الفيزياء الحديثة.

“في غلاسكو، قمنا بتطوير واختبار برنامج يسمح لهذا التحليل بالعمل بشكل أسرع بأكثر من ألف مرة من ذي قبل، حتى مع العدد المتزايد من إشارات موجات الجاذبية في الكتالوج. ويعني هذا التسريع أنه يمكننا اختبار العديد من السيناريوهات المحتملة والتحقق من أن نتائجنا كانت قوية وموثوقة قدر الإمكان، وذلك بتنسيق هذا الجهد بقيادة معهد أبحاث الجاذبية لدينا.”

أوضح إشارة لموجة الجاذبية تم تسجيلها على الإطلاق

يتضمن العثور على موجات الجاذبية أكثر من مجرد اكتشاف إشارة. يجب على العلماء فصل الأحداث الحقيقية عن الضوضاء الخلفية داخل الأجهزة. لقياس مدى وضوح الإشارة، يستخدم الباحثون قيمة تسمى نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR). يتضمن GWTC-5 أقوى إشارة لموجة الجاذبية تم تسجيلها حتى الآن، مع نسبة SNR تبلغ 76.9.

وصل الحدث، المعروف باسم GW250114، إلى الأرض في 14 يناير 2025. ونشأ من اندماج ثقبين أسودين كتلتهما 32 و34 شمسًا، ويقعان على بعد أكثر من مليار سنة ضوئية. ولأن الإشارة كانت واضحة بشكل استثنائي، تمكن العلماء من إجراء الاختبار الأكثر دقة للنسبية العامة حتى الآن وتأكيد نظرية منطقة الثقب الأسود لستيفن هوكينج.

قال الدكتور جون فيتش، الأكاديمي في جامعة جلاسكو الذي يحلل إشارات الثقب الأسود: “بفضل جهارة صوت GW250114، أصبحنا قادرين على مقارنة الزمكان الملتوي قبل وبعد اندماج الثقوب السوداء، ووجدنا أن المساحة الإجمالية لأفق الحدث (سطح “اللاعودة”) زادت وفقًا لقوانين هوكينج لميكانيكا الثقب الأسود”.

“بعد الاندماج، يرن الثقب الأسود الأخير مثل الجرس، مطلقًا موجات جاذبية بدلاً من الصوت. وأكد تحليل هذه الموجات أنه على الرغم من انطلاق الطاقة في موجات الجاذبية أثناء الاندماج، فإن الإنتروبيا الإجمالية للثقوب السوداء تزداد وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. وهذا يوضح أنه حتى بالنسبة للثقوب السوداء، لا تزال قوانين الديناميكا الحرارية مطبقة، ولكن على عكس الأجسام العادية، كلما زادت الطاقة التي تحملها، أصبحت أكثر برودة”.

دليل على الجيل الثاني من الثقوب السوداء

حدد الباحثون أيضًا اندماجين غير عاديين للثقبين الأسودين، GW241011 وGW241110، وتم اكتشافهما بفارق شهر واحد في أكتوبر ونوفمبر 2024. وقد وقعت هذه الأحداث على بعد حوالي 700 مليون و2.4 مليار سنة ضوئية من الأرض، على التوالي.

تشير خصائص دوران الثقوب السوداء المعنية إلى أنها قد تكون ثقوبًا سوداء من الجيل الثاني، مما يعني أنها تم إنشاؤها من خلال عمليات اندماج الثقوب السوداء السابقة. ويعتقد أن مثل هذه الأجسام تتشكل في بيئات كثيفة مثل العناقيد النجمية، حيث تكون الاصطدامات المتكررة أكثر احتمالا.

ويساعد العدد المتزايد من الاكتشافات العلماء أيضًا على فهم المجموعات المختلفة للثقوب السوداء الموجودة في جميع أنحاء الكون بشكل أفضل.

تكشف مجموعات الثقب الأسود عن مسارات تكوين جديدة

قال ستورم كولومز، باحث دراسات عليا في معهد أبحاث الجاذبية: “لقد كنت جزءًا من الفريق الذي يفهم العمليات التي تؤدي إلى اندماج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية بأحدث مجموعة من الملاحظات. لقد درسنا 267 مصدرًا، بما في ذلك 104 ملاحظات جديدة. تتيح لنا هذه المجموعة المكونة من مئات الملاحظات قياس كتل الثقوب السوداء الثنائية ودورانها ومسافاتها بثقة واستكشاف الارتباطات بين هذه الخصائص. وعلى وجه الخصوص، نجد أن الثقوب السوداء ذات الكتلة المختلفة النطاقات لها دورات مختلفة، مما يشير إلى أن هناك مسارات تشكيل متميزة تخلق مجموعات فريدة من الأنظمة.

“تم التلميح إلى هذا الاتجاه من خلال الملاحظات المنشورة سابقًا، GW241011 وGW241110، وهي أزواج من الثقوب السوداء ذات دورانات عالية وكتل غير متساوية تم قياسها بوضوح. أظهرت هاتان المراقبتان علامات مميزة على أن الثقب الأسود الأكبر في كل زوج لم يتشكل مباشرة من نجم ضخم، ولكن من اندماج سابق لثقبين أسودين. لا تزال بصمات الثقوب السوداء التي تشكلت من عمليات الاندماج السابقة موجودة في المجموعة ككل، مما يشير إلى أن GW241011 وGW241011 وGW241011 GW241110 ليس فريدًا من نوعه، لكنه يتتبع اتجاهًا أساسيًا. الآن، لدينا أدلة متزايدة على أن هناك طرقًا يخلق بها الكون ثقوبًا سوداء مدمجة، بالإضافة إلى تلك التي تأتي من النجوم الثنائية الضخمة.

“تستمر أحدث القياسات لمصادر موجات الجاذبية في تقريبنا من رسم صورة واضحة لأصول الثقوب السوداء الثنائية والنجوم النيوترونية. ومع عمليات المراقبة القادمة والكاشفات الأكثر حساسية، سنحصل على قياسات أكثر دقة للمصادر الفردية ونزيد عدد المصادر في فهارسنا، مما يسمح لنا بدراسة المزيد والمزيد من الفيزياء الفلكية التفصيلية لتكوين الأجسام المدمجة.”

رسم خريطة للتاريخ المخفي للكون

وأضاف الدكتور ويليامز: “نحن نكتشف الآن الكثير من هذه الإشارات، لدرجة أننا لا نتعلم فقط عن الاصطدامات الفردية؛ بل إنها المعادل الفلكي لاكتشاف حضارة قديمة. النتائج الجديدة اليوم تشبه العثور على كنز لم يتم اكتشافه من قبل، لا يكشف عن حياة الأفراد فحسب، بل يكشف أيضًا عن بنية عالم مفقود بأكمله”.

مرجع: “GWTC-5.0: الخصائص السكانية لدمج الثنائيات المدمجة”

يتم دعم أبحاث جامعة جلاسكو بتمويل من مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (STFC) التابع لـ UKRI، وكذلك مجموعات بحث الجاذبية الأخرى في جميع أنحاء المملكة المتحدة بما في ذلك جامعات برمنغهام، كامبريدج، كارديف، كينغز كوليدج لندن، نوتنغهام، بورتسموث، شيفيلد، ستراثكلايد، كلية لندن الجامعية، جامعة كوين ماري، وجامعة غرب اسكتلندا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.