لقد منحنا أعلى صوت تم سماعه لموجات الجاذبية نظرة ثاقبة لآفاق الحدث، وهي الحدود التي لا يمكن لأي شيء بعدها الهروب من قبضة الثقوب السوداء.
ال موجة الجاذبية تم التقاط الإشارة GW250114 في يناير 2025 بواسطة ليغو (مرصد موجات الجاذبية بمقياس التداخل الليزري)، وVirgo، وKAGRA (كاشف موجات الجاذبية Kamioka). تم إنشاء الإشارة عندما اثنين الثقوب السوداء مع حوالي 32 مرة كتلة الشمس اصطدمت وضبطت نسيج الفضاء ذاته.
والآن، قام فريق من الباحثين بتقييم هذه الإشارة ووجدوا خاصية في موجات الجاذبية تمثل الجماعية أفق الحدث من الثقوب السوداء المعنية في نفس لحظة هذا الاصطدام.
“لقد قمنا بقياس الصوت الأخير الذي أصدرته الثقوب السوداء عندما تحطمت. يوجد داخل تلك الإشارة مكون صغير، يسمى الموجات المباشرة، لم يكن مفهومًا جيدًا من قبل،” قال نيل لو، قائد البحث المشارك، من مركز ARC للتميز لاكتشاف موجات الجاذبية (OzGrav). قال في بيان. “يسمح لنا تحليلنا الجديد بفك تشفير هذا المكون واستخراج معلومات فريدة من مكان قريب من أفق الحدث.”
يقدم بحث الفريق احتمالًا مثيرًا للاهتمام بأن العلماء يمكنهم استخدام موجات الجاذبية لدراسة حدود الثقب الأسود الغامضة.
آفاق الحدث ونقطة اللاعودة
ظهر مفهوم أفق الحدث لأول مرة من خلال حلول معادلات نظرية الجاذبية لألبرت أينشتاين عام 1915، النسبية العامة. تم تطوير هذه الحلول بواسطة كارل شوارزشيلد أثناء خدمته مع الجيش الألماني على الجبهة الشرقية في الحرب العالمية الأولى.
وجد شوارزشيلد نقطة حول جسم له كتلة تتجاوز فيها سرعة الهروب، وهي السرعة اللازمة للهروب من قبضة الجاذبية لذلك الجسم، سرعة الضوء. المعروف أيضًا باسم نصف قطر شفارتزشيلد، ويعتمد حجم تلك الحدود على كتلة الجسم. لذا فإن نصف قطر شوارزشيلد للشمس سيكون حوالي 1.86 ميلًا (3 كيلومترات) من مركز كتلتها؛ بالنسبة للأرض، سيكون على بعد 0.35 بوصة (9 ملم) فقط من مركز كتلة كوكبنا. وهذا هو الحال مع جميع الكواكب والنجوم؛ يقع نصف قطر شوارزشيلد داخل أجسام تلك الأجسام.
ومع ذلك، بالنسبة للثقب الأسود، يكون نصف قطر شفارتزشيلد بعيدًا عن مركز الكتلة، ويعمل بمثابة حد خارجي لاحتجاز الضوء: أفق الحدث. وللهروب من قبضة جاذبية الثقب الأسود من هذه النقطة، يجب أن تتسارع المادة إلى سرعة أكبر من سرعة الضوء، وهو ما تنص عليه نظرية أينشتاين. النسبية الخاصة يخبرنا أنه سيتطلب طاقة لا نهائية. لا شيء في الكون يتحرك بسرعة أكبر من الضوء؛ وبالتالي، لا شيء يهرب من أفق الحدث.
لفهم سبب غموض الثقب الأسود، فكر في كيفية انتقال أي إشارة بسرعة أكبر من الضوء. وهذا يعني أن أفق الحدث هو حاجز في اتجاه واحد أمام المعلومات. يمكن للثقب الأسود أن يبتلعها، لكن أفق الحدث يمنعها من بصق المعلومات. لا يمكننا أبدًا ملاحظة الجزء الداخلي من الثقب الأسود.
لا عجب أن العلماء حريصون جدًا على دراسة آفاق الحدث وما يحدث هناك. إنهم لا يريدون فقط فهم فيزياء المادة المنخرطة في رحلة في اتجاه واحد داخل فم الثقب الأسود، بل يريدون أيضًا فهم التأثير على نسيج الفضاء نفسه الذي يمتلكه هؤلاء العمالقة الكونيون.
إن تأثير الجاذبية الهائل للثقوب السوداء يعني أنها أثناء دورانها تسحب نسيج الفضاء معها، وهي ظاهرة تسمى “سحب الإطار“أو تأثير لينس-ثيرينغ. يقدم هذا قاعدة أخرى حول آفاق الحدث – ليس فقط أنه لا يوجد شيء يهرب من هذه الحدود، بل لا شيء يبقى ساكنًا أيضًا. هذا البحث يجعل العلماء أقرب خطوة إلى فهم تلك القواعد بتفصيل أكبر من أي وقت مضى.
وقال لينج صن، من OzGrav، والقائد المشارك للفريق: “لقد درسنا GW250114، وهي أعلى إشارة لثقب أسود ثنائي تم رصدها حتى الآن، أعلى بحوالي ثلاث مرات من أول إشارة لموجة الجاذبية تم اكتشافها قبل عقد من الزمن”. “يظهر تحليلنا أن هذه الإشارة العالية بشكل استثنائي يمكن استخدامها كمسبار قوي لأفق الثقب الأسود المتبقي، مما يسمح لنا بقياس خاصيتيه الأساسيتين: تردد الدوران وجاذبية السطح.”
يمكن أن تلقي النتائج أيضًا مزيدًا من الضوء على سلوك الجاذبية في البيئة الأكثر تطرفًا في الكون، عند حافة الثقب الأسود.
وقال لو: “تمثل هذه القياسات خطوة أولى نحو الاختبارات المستقبلية للنسبية العامة بموجات مباشرة”.
ونشر البحث يوم الأربعاء (24 يونيو) في المجلة طبيعة.
