پنهان شدن سرنخ‌هایی از«گرانش کوانتومی» در آهنگ سیاه‌چاله‌ها

دانشمندان می گویند، سرنخ هایی از گرانش کوانتومی میتواند در آهنگ سیاه چاله ها پنهان باشند.

به گزارش ایسنا به نقل از نیو اطلس، از میان چهار نیروی بنیادی فیزیک، نیروی گرانش ، نیرویی است که ما در زندگی روزمره با آن آشنا هستیم، ولی در عین حال، تنها نیرویی است که در حال حاضر توسط فیزیک کوانتومی قابل توضیح نیست. اکنون دانشمندان طرحی را برای جستجوی نشانه های گرانش کوانتومی در کیهان با گوش دادن به «زنگ» سیاه چاله های در حال ادغام یا برخوردی ترسیم کرده اند.

سه نیرو از چهار نیروی اساسی یعنی نیروی الکترومغناطیس و نیروهای هسته ای ضعیف و قوی را میتوان به عنوان میدان هایی توصیف کرد که توسط ذرات خاص حمل می شوند. به طورمثال، نیروی الکترومغناطیس توسط فوتون ها حمل می شود و میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد می کند.

با این حال، نیروی جاذبه را نمی توان اینگونه توضیح داد. در حال حاضر، بهترین مدلی که ما داریم، نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین است، ولی در شرایط خاص مانند نزدیک سیاه چاله ها این نظریه نقض می شود و نشان می دهد که ناقص است.

ده ها سال است که دانشمندان در جستجوی نظریه ای در مورد گرانش (Gravity) کوانتومی هستند که بتواند این نیرو را بر حسب مکانیک کوانتومی که توسط ذره ای فرضی به نام گراویتون حمل می شود توضیح دهد، اما تاکنون موفق به آن نشده اند.

اکنون دو مطالعه جدید نشان داده اند که چگونه اخترفیزیکدانان می توانند در سال های آینده به دنبال سرنخ هایی در این مورد باشند. امواج گرانشی موج هایی در بافت فضا- زمان هستند که توسط رویدادهای سهمگین مانند برخورد بین سیاه چاله ها یا ستاره های نوترونی ایجاد می شوند، پدیده هایی که توسط رصدخانه هایی مانند LIGO قابل تشخیص هستند.

پژوهشگران نشان دادند که آواهای حاصل از این برخوردها به فیزیکی اشاره دارد که کاملا با مدل های فعلی همخوانی ندارد.

یانبِی چِن یکی از پژوهشگران که در هر دو پژوهش مشارکت داشته است، می گوید:وقتی دو سیاه چاله با هم ادغام می شوند تا سیاه چاله بزرگتری تولید کنند، سیاه چاله نهایی مانند یک زنگ به صدا درمی آید. اگر برخی از نظریه های گرانش کوانتومی درست باشند، کیفیت این زنگ ممکن است با پیش بینی های نسبیت عام متفاوت باشد. روش های ما طوری طراحی شده اند که به دنبال تفاوت هایی در کیفیت آن مانند خوش آهنگی و موزون بودن در مقابل صداهای فرعی باشند.

نخستین مطالعه، معادله جدیدی را ارائه می دهد که چگونگی زنگ زدن سیاه چاله ها تحت نظریه های مختلف گرانش کوانتومی را توصیف می کند. این بر اساس معادله ای بنا شده است که برای اولین بار توسط یک فیزیکدان نظری به نام سال تیوکولسکی (Saul Teukolsky) در دهه ۱۹۷۰ ارائه شد.

در مطالعه دوم، پژوهشگران توضیح داده اند که چگونه می توان این معادله جدید را روی داده های به دست آمده توسط رصدخانه LIGO اعمال و نویز پس زمینه را فیلتر کرد.

با توجه به اینکه رصدخانه LIGO اخیراً پس از یک وقفه سه ساله برای ارتقاء دوباره فعال شده است، ما باید بزودی بتوانیم ایده گرانش کوانتومی را مورد آزمایش قرار دهیم.

این پژوهش ها در مجلات Physical Review X و Physical Review Letters منتشر شده است.