للعثور على ثقوب سوداء عملاقة ، ابدأ بمركز نظامنا الشمسي

هيكل يشبه الويب مع وجود الأرض في المركز ، وخطوط متموجة وأنابيب مدببة صغيرة ، على خلفية ضبابية.

مفهوم الفنان عن مجموعة من النجوم النابضة ، تُستخدم في نظام للعثور على الثقوب السوداء التي تبلغ كتلتها مليارات المرات من كتلة الشمس. أفضل مكان للبدء؟ تتمثل إحدى الأفكار في استخدام مركز الجاذبية لنظامنا الشمسي. الصورة عبر ديفيد تشامبيون /جامعة فاندربيلت.

الثقوب السوداءهي الأماكن التي تكون فيها الجاذبية هائلة لدرجة أن الضوء لا يستطيع الهروب. الوقت فراغالثقوب السوداء المحيطة مشوه. في العقود الأخيرة ، توصل علماء الفلك إلى الاعتقاد بأن أكبر الثقوب السوداء -هائلالثقوب السوداء - تتواجد في قلوب معظم المجرات. يبلغ حجم كل منها ملايين أو بلايين المرات من كتلة شمسنا. لكن العديد من الثقوب السوداء فائقة الكتلة لا تزال غير مكتشفة. كيف يمكن للعلماء العثور عليها؟ يدخلموجات الجاذبية، تموجات في الزمكان ، نظريًا منذ زمن بعيد مثل ألبرت أينشتاين ، ولكن تم ملاحظتها فقط منذ عام 2015. يقول علماء الفلك الآن أنه يمكننا العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة من خلال ملاحظة تأثير موجات الجاذبية الخاصة بهم على توقيت ومضات الضوء منالنجوم النابضة. أثناء إجراء هذا البحث ، يقول هؤلاء العلماء إنهم قاموا أيضًا بتنقيح معرفتنا بمركز الجاذبية - أومركز الثقل- من نظامنا الشمسي.

البحث الجديد يأتي منستيفن تايلور، أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة فاندربيلت ومرصد أمريكا الشمالية نانوهيرتز لموجات الجاذبية (نانوغراف) تعاون. وأوضح تايلور في بيان:

باستخدام النجوم النابضة التي نلاحظها عبر مجرة ​​درب التبانة ، نحاول أن نكون مثل عنكبوت يجلس في سكون وسط شبكتها. إن مدى فهمنا لمركز barycenter في النظام الشمسي أمر بالغ الأهمية لأننا نحاول الشعور حتى بأصغر ارتعاش على الويب.

كانت هذه التقنية الجديدة لإيجاد الثقوب السوداء الهائلةأعلنفي 30 يونيو 2020 بواسطة جامعة فاندربيلت.

المراجعة الأقرانورقة تفصيلية النتائج التي توصلوا إليهانشرتفيمجلة الفيزياء الفلكية21 أبريل الماضي.

يمكن إنشاء موجات الجاذبية - تموجات في الزمكان - عن طريق أزواج من الثقوب السوداء تدور حول بعضها البعض. للعثور على هذه التموجات ، يقيس تايلور وزملاؤه ومضات الضوء المنتظمة من النجوم النابضةالنجوم النيوترونيةالتي تدور بسرعة كبيرة وتطلق أشعة ضوئية ، مثل المنارة الكونية. يبحث الباحثون عن تغييرات في معدل وصول هذه الومضات باستخدام بيانات NANOGrav. مثل الساعات التي تحافظ على الوقت بشكل مثالي ، من المعروف أن النجوم النابضة تصدر ومضاتها بطريقة منتظمة للغاية (ولهذا السبب ، عند اكتشافها لأول مرة ، كان يُعتقد أنها قد تكون إشارات اصطناعية من كائنات فضائية). لذا فإن الانحرافات الطفيفة عن الوميض المنتظم للنجم النابض يمكن أن تشير إلى مرور موجات الجاذبية.



تم تصوير كواكب النظام الشمسي على أنها على أرجوحة.

اتضح أن مركز الجاذبية الدقيق - مركز الثقل - للنظام الشمسي ليس في منتصف الشمس ، بل على ارتفاع حوالي 330 قدمًا (100 متر) فوق سطح الشمس ، وفقًا للدراسة الجديدة. الصورة عبر Tonia Klein / NANOGrav Physics Frontier Center /جامعة فاندربيلت.

في البيانمن هؤلاء العلماء ، قال تايلور إن فهم الموقع الدقيق لـمركز الثقلللنظام الشمسي يساعد في البحث عن موجات الجاذبية من الثقوب السوداء الهائلة. ما هو مركز الباري بالضبط؟ ربما تعلم - كما في نظام الأرض والقمر ، على سبيل المثال - أن القمر لا يدور حول مركز الأرض. بدلاً من ذلك ، يدور كل من الأرض والقمر حول مركز الثقل ، أو مركز الثقل المشترك في النظام. في نظام الأرض والقمر ، يقع مركز الجاذبية ، أو مركز الثقل ، داخل الأرض ، ولكن ليس في مركز الأرض. يبعد حوالي 2902 ميلاً (4671 كم) عن مركز الأرض ، أو حوالي 75٪ من الطريق من مركز الأرض إلى سطحها.

وبالمثل ، فإن مركز الكتلة - أو مركز الكتلة - في نظامنا الشمسي ليس في منتصف الشمس. إنه قريب من سطح الشمس ، على ارتفاع حوالي 330 قدمًا (100 متر) فوق سطح الشمس ، وفقًا للدراسة الجديدة. أطلق بيان هؤلاء العلماء على هذه النقطة اسم 'موقع السكون المطلق في نظامنا الشمسي'.

لذا فإن فهم موقع مركز الجاذبية الدقيق للنظام الشمسي يساعد العلماء على قياس التغيرات الطفيفة جدًا ولكن التي يمكن اكتشافها في ومضات النجوم النابضة الناتجة عن تمرير موجات الجاذبية. تم تقدير هذا الموقع من قبل باستخدام بيانات منتتبع دوبلر. يوفر هذا مواقع ومسارات الأجسام أثناء دورانها حول الشمس. لكن هذا يمكن أن يؤدي إلى أخطاء ونتائج غير متسقة ، مما يدل على وجود موجات ثقالية غير موجودة بالفعل. مؤلف مشاركجو سايمونقالت:

المهم هو أن الأخطاء في الكتل والمدارات ستترجم إلى قطع أثرية لتوقيت النجم النابض والتي قد تبدو مثل موجات الجاذبية.

تدور الحلزونات الزرقاء حول اثنين من الأجرام السماوية السوداء الصغيرة مع وجود نجوم في الخلفية.

تصوير بياني لموجات الجاذبية الناتجة عن ثقبين أسودين يدوران حول بعضهما البعض. الصورة عبر LIGO / T. Pyle /علم.

اثنين من الأجرام السماوية السوداء مضمنة في قرص أحمر من المواد المحيطة بجرم أسود آخر.

مفهوم الفنان عن نظام ثقب أسود غريب ، حيث يتم دمج ثقبين أسودين صغيرين في القرص المحيط بثقب أسود ثالث فائق الكتلة. للعثور على أضخم الثقوب السوداء ، يقيس الباحثون توقيت ومضات الضوء القادمة من النجوم النابضة ، كما تتأثر بموجات الجاذبية. صورة عبرمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/ R.Hurt (IPAC).

المؤلف الرئيسيميشيل فاليسنيريمضاف:

لم نكتشف أي شيء مهم في عمليات البحث عن موجات الجاذبية بين نماذج النظام الشمسي ، لكننا حصلنا على اختلافات منهجية كبيرة في حساباتنا. عادةً ما توفر المزيد من البيانات نتيجة أكثر دقة ، ولكن كان هناك دائمًا تعويض في حساباتنا.

إذن كيف يفسر الباحثون الأخطاء والتناقضات السابقة ، ويحسنون دقة اكتشاف موجات الجاذبية؟ قرروا تجربة نهج مختلف ، والبحث عن موجات الجاذبية ومركز الجاذبية الدقيق للنظام الشمسي في نفس الوقت. وقد نجحت. حتى أنهم كانوا قادرين على تحديد مركز الجاذبية في النظام الشمسي بدقة على مسافة 100 متر! مركز الجاذبية الدقيق للنظام الشمسي ليس في مركز الشمس ، كما يمكن الافتراض. هو في الواقع فقط حول330 قدمفوق سطح الشمس حسب الورقة. يرجع هذا التناقض إلى تأثير الكتلة الهائلة لأكبر كوكب ، كوكب المشتري. قال تايلور:

إن ملاحظتنا الدقيقة للنجوم النابضة المنتشرة عبر المجرة قد حددت أنفسنا في الكون بشكل أفضل مما كنا نستطيع من قبل. من خلال إيجاد موجات الجاذبية بهذه الطريقة ، بالإضافة إلى التجارب الأخرى ، نحصل على نظرة عامة أكثر شمولية لجميع أنواع الثقوب السوداء المختلفة في الكون.

رجل مبتسم مع عبرت ذراعيه.

ستيفن تايلور من جامعة فاندربيلت ، مؤلف مشارك للدراسة الجديدة. صورة عبرجامعة فاندربيلت.

قبل أيام قليلة فقط ، كان كذلكذكرتأنه للمرة الأولى ، لاحظ علماء الفلك الضوء المرئي من اندماج ثقب أسود. في هذا النظام ، يتم دمج ثقبين أسودين صغيرين معًا داخل قرص من المواد المحيطة بثقب أسود هائل 12.8 مليارسنوات ضوئيةبعيدا. تم اكتشاف مثل هذه الاندماجات من قبل بواسطة موجات الجاذبية التي تخلقها ، ولكن هذه كانت المرة الأولى التي شوهدت فيها أيضًا ظاهرة الضوء المرئي الشبيهة بالوهج. يأتي الضوء من القرص الغازي للمادة المحيطة بالثقب الأسود الأكبر ، وليس من داخل الثقوب السوداء نفسها.

سيستمر NANOGrav في جمع بيانات توقيت النجوم النابضة الإضافية ، وعلماء الفلك واثقون من أن هذا سيؤدي إلى الاكتشاف الواضح للثقوب السوداء فائقة الكتلة.

خلاصة القول: تقول دراسة جديدة أن أفضل طريقة للعثور على الثقوب السوداء الأكثر ضخامة هي قياس موجات الجاذبية في مركز الجاذبية الدقيق للنظام الشمسي.

المصدر: نمذجة أوجه عدم اليقين في Ephemerides للنظام الشمسي من أجل عمليات بحث قوية عن موجات الجاذبية باستخدام مصفوفات توقيت النجم النابض

عبر جامعة فاندربيلت