موجة الجاذبية لقد منحنا علم الفلك للتو هدية رائعة أخرى: الأولى المراقبة تأكيدا لواحد من ستيفن هوكينجتنبؤات الثقوب السوداء.
أكد تحليل أول اكتشاف لموجة الجاذبية تم إجراؤه في عام 2015 ، GW150914 ، نظرية منطقة هوكينج. ويذكر أنه في الفيزياء الكلاسيكية ، لا يمكن أن تزداد مساحة أفق الحدث للثقب الأسود – ولا تصغر أبدًا.
يمنحنا العمل أداة جديدة لاستكشاف هذه الأشياء الغامضة واختبار حدود فهمنا للكون.
“من الممكن أن تكون هناك حديقة حيوانات لأجسام مضغوطة مختلفة ، وعلى الرغم من أن بعضها عبارة عن ثقوب سوداء تتبع قوانين آينشتاين وهوكينج ، فإن البعض الآخر قد يكون وحوشًا مختلفة قليلاً.” ، قال عالم الفيزياء الفلكية ماكسيميليانو إيسي من معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
“لذا ، فليس الأمر كما لو أجريت هذا الاختبار مرة واحدة وانتهى. لقد أجريت هذا مرة واحدة ، وهذه هي البداية.”
اقترح هوكينج نظريته لأول مرة في عام 1971. وتوقع أن مساحة أفق حدث الثقب الأسود يجب ألا تقل أبدًا ، بل تزيد فقط.
أفق الحدث ليس الثقب الأسود نفسه ، بل هو نصف القطر الذي تكون عنده سرعة الضوء في الفراغ غير كافية لتحقيق سرعة الهروب من مجال الجاذبية الناتج عن تفرد الثقب الأسود. يتناسب مع كتلة الثقب الأسود. لأن الثقوب السوداء يمكن أن تكتسب كتلة فقط النسبية العامة، يجب أن ينمو أفق الأحداث فقط.
(هذا النموذج للزيادة فقط هو أيضًا مشابه بشكل غريب لنظرية أخرى ، القانون الثاني لـ الديناميكا الحرارية. ويؤكد أن الانتروبيا – التقدم من النظام إلى الفوضى في الكون – يمكن أن تزداد فقط. تحتوي الثقوب السوداء أيضًا على إنتروبيا مخصصة لها ، و إنها متناسبة بشكل مباشر على سطح أفق الحدث.)
من الناحية الحسابية ، تظل نظرية المنطقة صحيحة ، لكن كان من الصعب تأكيدها من وجهة نظر رصدية – ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة رصد الثقوب السوداء مباشرةً ، لأنها لا تصدر أي إشعاع يمكن اكتشافه. ولكن بعد ذلك اكتشفنا تموجات الجاذبية التي تنتشر في الزمكان نتيجة تصادم بين اثنين من هذه الأجسام الغامضة.
كان GW150914 ، والموجز بلوب من الاصطدام المسجل بواسطة مقياس التداخل LIGO غيّر كل شيء. كان هذا أول اكتشاف مباشر ليس لثقب أسود واحد ، بل اثنين. اجتمعوا معًا وشكلوا ثقبًا أسود أكبر.
ثم رن هذا الثقب الأسود بصوت خافت ، مثل جرس طرق. في عام 2019 ، اكتشفت Isi وزملاؤها كيفية اكتشاف إشارة نغمة الرنين هذه. الآن ، قاموا بفك تشفيره ، وحطموه لحساب كتلة ودوران الثقب الأسود النهائي.
كما أجروا أيضًا تحليلًا جديدًا لإشارات الاندماج لحساب كتلة ودوران الثقوب السوداء قبل الاندماج. نظرًا لأن الكتلة والدوران مرتبطان بسطح أفق الحدث ، فقد سمح لهم ذلك بحساب أفق الحدث للكائنات الثلاثة.
إذا كان حجم أفق الحدث يمكن أن يتقلص ، فإن أفق الحدث للثقب الأسود المدمج النهائي يجب أن يكون أصغر من أفق الثقبين الأسودين اللذين أنشأتهما. وفقًا لحساباتهم ، كان للثقوب السوداء الأصغر مساحة أفق حدث إجمالية قدرها 235000 كيلومتر مربع (91000 ميل مربع). تبلغ مساحة آخر ثقب أسود 367000 كيلومتر مربع.
“تظهر البيانات بثقة كبيرة أن منطقة الأفق قد ازدادت بعد الاندماج ، وأن قانون المنطقة راضٍ عن احتمالية عالية جدًا ،” قال عيسى.
“كان من المريح أن نتيجتنا تتوافق مع النموذج الذي نتوقعه وتؤكد فهمنا لعمليات اندماج الثقوب السوداء المعقدة.”
على الأقل في المدى القصير. في ظل ميكانيكا الكم – التي لا تعمل بشكل جيد مع الفيزياء الكلاسيكية – توقع هوكينغ لاحقًا أنه على مدى فترات زمنية طويلة جدًا ، من المتوقع أن تفقد الثقوب السوداء كتلتها كنوع من إشعاع الجسم الأسود. وهو ما نسميه الآن إشعاع هوكينغ. لذلك من الممكن دائمًا أن يتناقص أفق الحدث للثقب الأسود في النهاية في المنطقة.
من الواضح أن هذا سيحتاج إلى النظر فيه عن كثب في المستقبل. في غضون ذلك ، قدم لنا عمل Isi وفريقها مجموعة جديدة من الأدوات لسبر المزيد من الملاحظات حول موجات الجاذبية ، على أمل الحصول على مزيد من المعلومات حول الثقوب السوداء وفيزياء الكون.
“من المشجع أن نرى أنه يمكننا التفكير بطرق جديدة ومبتكرة حول بيانات موجات الجاذبية والإجابة على الأسئلة التي اعتقدنا أننا لم نتمكن من ذلك من قبل.” قال عيسى.
“يمكننا الاستمرار في استخراج المعلومات التي تتعلق مباشرة بأركان ما نعتقد أننا نفهمه. في يوم من الأيام ، قد تكشف هذه البيانات شيئًا لم نكن نتوقعه.”
تم نشر البحث في خطابات الفحص البدني.
