Home / اخبار علمی / زیبایی برخورد سیاهچاله‌ها
زیبایی برخورد سیاهچاله‌ها

زیبایی برخورد سیاهچاله‌ها

پژوهشگر لایگو، پروفسور «نرجیس (نرگیس) ماول‌والا»، درباره‌ی اندازه‌گیری جابجایی فضا-زمان حاصل از اَبـَرنیروهای گرانشی در مرکز کهکشان‌ها گفتگو می‌کند.
(تصویر این پژوهشگر پاکستانی-آمریکایی، متعلق به World Economic Forum)


چگونه چین و شکن‌های حاصل از برخورد دو سیاهچاله می‌تواند به ما در درک کیهان کمک کند؟ نرجیس ماول‌والا، استاد فیزیک در موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، درباره‌ی ستاره‌های در حال رُمبش (فروریختن در خود)، امواج گرانشی، و اجزای ساختاری کهکشان ما سخن می گوید. ماول والا یکی از پژوهشگران جوان در انجمن جهانی اقتصاد است که در همین ماه در نشست سالانه‌ی “قهرمانان نو” در شهر تیانجین در کشور چین سخنرانی خواهد کرد.

‌‌
ــ شما چه کاری انجام می‌دهید؟

من یک فیزیک‌دان ام که در زمینه‌ی شناسایی امواج گرانشی کار می‌کنم. این‌ها امواجی در خود بافت فضا-زمان هستند. این امواج را آلبرت اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام خود در یک‌صد سال پیش پیش‌بینی کرده بود، اما تنها در یک‌سال گذشته توانسته‌ایم آنها را مشاهده کنیم.


ــ چرا امواج گرانشی، ویژه اند؟


چیزی که باعث می‌شود امواج گرانشی شگفت‌انگیز باشند این است که چیزهایی آنها را منتشر می‌کنند که در ذات خود، تاریک اند، مانند سیاهچاله ها. ما هرگز سیاهچاله را ندیده‌ایم، چون تلسکوپ‌هایمان برای مشاهده‌ی نور طراحی شده اند. ما هرگز ندیده‌ایم دو سیاهچاله برخورد کنند. اما با اندازه‌گیری امواجی که در این برخورد منتشر می کنند، می‌توانیم سیاهچاله‌ها را مشاهده کنیم و چرخه‌ی زندگی آنها را بفهمیم.

ستاره‌ها وقتی فرو می‌ریزند به ستاره‌های نوترونی یا به سیاهچاله‌ها تبدیل می‌شوند. سوخت هسته‌ای آنها که باعث می‌شود درخشان باشند تمام می‌شود، و به دلیل کشش گرانشی خود به درون خودشان فروریزش (رُمبش) می‌کنند. خورشید خود ما هم زمانی همین کار را خواهد کرد. این ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌ها گرانش بسیار زیادی دارند، و بسیار متراکم اند. حالا تصور کنید دو سیاهچاله به هم نزدیک شوند، به دور همدیگر گردش کنند و این رقص را با یک برخورد بزرگ پایان دهند. این‌ها امواجی منتشر می‌کنند که ما می‌توانیم با آشکارساز خودمان، لایگو (که مخفف رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی است)، آن امواج را اندازه‌گیری کنیم.

ــ نخستین بار چه زمانی برخورد دو سیاهچاله را مشاهده کردید؟

در سپتامبر ۲۰۱۵، آشکارساز ما در لوئیزیانا یک سیگنال قوی را اندازه گرفت که نشان‌دهنده‌ی گذر موج گرانشی بود، و ۷ میلی ثانیه بعد از آن آشکارساز دوم ما در ایالت واشینگتن همان سیگنال را نشان داد که از درونش گذر کرده بود. یادم هست که آن سیگنال را دیدم و موهای تنم سیخ شد. من ۲۵ سال است که در زمینه‌ی امواج گرانشی کار می‌کنم و هنگامی که نخستین بار در مورد امکان شناسایی آنها شنیدم دانشجوی تحصیلات تکمیلی بودم، که به نظرم کاملن دیوانه‌کننده آمد – و بسیار فریبنده.

این سیگنال از دو سیاهچاله می‌آمد که به دور هم می‌گردیدند. جرم‌هایشان به‌نسبت در حدود ۳۰ برابر جرم خورشید ما بود، اما قطرشان تنها ۱۵۰ کیلومتر بود که با استانداردهای اخترفیزیکی، کوچک است. برای مقایسه، شعاع خورشید ما ۷۰۰ هزار کیلومتر است. حالا تصور کنید این سیاهچاله‌های بسیار پُرجرم به‌طور شلاقی و تقریبن با سرعت نور به دور یکدیگر بگردند. هنگامی‌که با هم برخورد کردند، انرژی‌ای بیشتر از تمام ستاره‌های درخشان در کیهان منتشر کردند. این انرژی به‌شکل امواج گرانشی منتشر شده بود. ما همه‌ی این وقایع را در داده‌ها دیدیم، و همچنین دیدیم که یک سیاهچاله‌ی جدید که حاصل آن برخورد بوده، تشکیل شده بود.

این سیاهچاله‌ها ۱/۳ میلیارد سال نوری دورتر از ما بودند، بنابراین چیزی را مشاهده می‌کردیم که ۱/۳ میلیارد سال پیش روی داده بود.

 

ــ آیا سیاهچاله‌ها خطرناک اند؟

فقط اگر بیش از حد نزدیک ما بشوند! آنهایی را که ما مشاهده کردیم یک میلیارد سال نوری دورتر از ما هستند و هیچ خطری برای سامانه‌ی خورشیدی ما محسوب نمی‌شوند – بسیار چیزهای دیگری هستند که ما باید بیشتر نگران آنها باشیم، مهم‌تر از همه رفتار ما انسان‌ها و کاری که داریم با سیاره‌ی خودمان می‌کنیم. برای نمونه، برخورد یک سیارک با زمین، در مقایسه با آسیبی که خودمان می‌توانیم به خودمان برسانیم واقعن کم است.

ــ پس چرا نیاز به درک سیاهچاله‌ها داریم؟

سیاهچاله‌ها اجزای ساختمانی مهم در کیهان ما هستند. داریم درمی‌یابیم که در مرکز هر کهکشان، یک سیاهچاله‌ی کلان‌جرم (اَبَرپُرجرم) با جرم یک میلیون – یا حتا یک میلیارد – برابر جرم خورشید خودمان وجود دارد. ما واقعن چیز زیادی از سیاهچاله‌ها نمی‌دانیم، اما در یک کهکشان زندگی می‌کنیم و باید تلاش کنیم که از آن سر در بیاوریم.

در واقع، بسیاری از عناصر جدول تناوبی در انفجارات ستاره‌ها شکل گرفته‌اند – همان رویدادی که سیاهچاله را متولد می‌کند. همه‌ی این چیزها به هم مرتبط اند و فهم آن‌ها بخشی از پرسش‌های بزرگی‌ست مانند: ما از چه ساخته شده‌ایم؟ و از کجا آمده‌ایم؟

ــ بزرگ‌ترین چالش در پژوهش شما چه بوده؟

ما با سه چالش عمده روبه‌رو شده‌ایم. یکی ساختن آشکارسازهایی بود که بتوانند اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق مورد نیازمان را انجام دهند. امواج گرانشی موجب کش‌آمدن و فشرده شدن خود فضا-زمان می‌شوند. حتا زمانی‌که این امواج از درون شما و من می‌گذرند، که همواره چنین کاری می‌کنند، موجب می‌شوند که ما کش بیاییم و فشرده شویم، اما تنها به اندازه‌ای بسیار کوچک.

آشکارساز «لایگو»ی ما به شکل L است، و هر سوی این L –شکل ۴ کیلومتر طول دارد. این اندازه برای فن آوری ما به اندازه‌ی کافی بزرگ است که – به زحمت فراوان – به ما اجازه‌ی این اندازه‌گیری‌ها را بدهد. در این مقیاس، تغییر ناشی از امواج به‌اندازه‌ی هزار بار کوچک‌تر از هسته‌ی یک اتم است. بنابراین زیباست که برخورد دو سیاهچاله را برای نخستین بار ببینیم، اما این هم زیباست که دقت این اندازه‌گیری‌ها را ببینیم.

چالش دیگر، حل نظریه‌ای بود که زیربنای آن است، و فهم این که اصلن این سیگنال باید چه شکلی باشد. چالش سوم این بود که این سیگنال‌ها (علائم) را از میان داده‌های بسیار شلوغ و درهم بیرون بکشیم. برخی از این سیگنال‌ها روشن و قوی بودند، اما بقیه ضعیف بودند و ما می‌خواستیم همه‌ی آن‌ها را ببینیم.

ــ اهداف بعدی شما چیست؟

ساختن آشکارسازهای بهتر از پیش. این چیزی‌ست که به سویش می‌رویم: بهره گرفتن از فناوری بهتر برای انجام اندازه گیری‌های دقیق‌تر. تمام کیهان در برابر ماست و منتظر است که مشاهده‌اش کنیم.

پاییز امسال، آشکارسازهایمان را دوباره با دقتِ بهبودیافته راه‌اندازی می‌کنیم و به‌مدت شش ماه به کار می‌اندازیم. بر اساس برآوردهای ما، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که پنج برخورد سیاهچاله‌ای دیگر را در آن مدت مشاهده کنیم.

ــ شما به عنوان یک اخترفیزیکدان زن، وارد میدانی شده‌اید که زیر سلطه‌ی مردان است. هم‌چنین به عنوان بخشی از یک اقلیت مذهبی، یعنی جامعه‌ی پارسیان در پاکستان، بزرگ شده‌اید. بر اساس تجربه‌ی شما، فکر می‌کنید چگونه می توانیم زنان و اقلیت‌های بیشتری را به زمینه‌های «علوم، فناوری، مهندسی و ریاضی» جذب کنیم؟

یکی از چیزهایی که مرا شکل داده این است که در هر محیطی وارد شدم بیگانه به‌حساب می‌آمدم. بنابراین همیشه برایم راحت بود که متفاوت باشم، و همین بود که به من توانایی رشد در حاشیه‌ی جریان اصلی را داد. زمانی‌که به سالن سخنرانی فیزیک به‌عنوان یکی از سه زن در میان صد مرد وارد می‌شدم، به این موضوع فکر نمی‌کردم، چرا که به عنوان “دیگری” عادت داشتم. سپس در این زمینه‌ی آزمونی (تجربی) کار کردم که برای زمانی دراز بسیار انقلابی محسوب می‌شد.

در مورد جذب زنان بیشتر، بزرگترین تفاوت این خواهد بود که شمار زنان شاغل در علم را افزایش دهیم، اما فقط گفتنش راحت است. چگونه باید این کار را انجام دهیم؟ شاید هر دانشمندی باید راهنمای جوانان بشود و نشان‌شان بدهد که علم، سرگرم‌کننده و هیجان‌انگیز است و آنها از انجامش لذت خواهند برد.


بن‌مایه

برگردان به فارسی از تیم مِهبانگ

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Scroll To Top