#فیزیک_کوانتوم

پژواک‌های امواج‌گرانشی که می‌توانند اولین سیگنال گرانش کوانتومی باشند

قسمت پایانی
@Physics3p

در طبیعت ادغام ستاره‌ی نوترونی به چهار حالت مختلف می‌تواند منجر شود:
۱. تشکیل فوری سیاهچاله بعد از ادغام؛
۲. تشکیل ستاره‌ی نوترونی پرجرم و سپس رمبش آن به سیاهچاله در زمان کمتر از یک ثانیه؛
۳.تشکیل ستاره‌ی نوترونی پرجرم که در مقیاس زمانی ۱۰-۱۰,۰۰۰ ثانیه به سیاهچاله تبدیل می‌شود؛
۴. تشکیل ستاره نوترونی پایدار
پس، ادغام دو ستاره‌ی نوترونی می‌تواند به سیاهچاله رمبش کند. ستاره‌ی نوترونی که جرمش از بیشینه‌ی جرم ستاره‌ی یکنواخت چرخان بیشتر باشد پرجرم نامیده می‌شود. ابتدا چرخش دیفرانسیلی و گرادیان گرمایی که به دلیل سردشدن سریع توسط تابش نوترینو ایجاد می‌شود، مانع رمبش ستاره‌ی نوترونی می‌شود. سرانجام بعد از ادغام، ترمز مغناطیسی چرخش دیفرانسیلی، باعث رمبش ستاره‌ی نوترونی به سیاهچاله در فاصله‌ی زمانی کمتر یا مساوی یک ثانیه می‌شود.
در ۱۷ آگوست ۲۰۱۷، رصدخانه‌ی لایگو، امواج‌گرانشی از اولین رخداد ادغام دو ستاره‌ی نوترونی را ثبت کرد که قبلا درباره‌ی آن نوشتیم (مقاله‌ی یک و دو را ببینید). این رخداد GW170817 نامیده می‌شود. برای GW170817 دامنه‌ی وسیعی از معادلات حالت، جرم بعد از ادغامی را به دست می‌دهند که در محدوده‌ی ستاره‌ی نوترونی پرجرم قرار می‌گیرد. به همین دلیل، ما جستجوی پژواک‌ها را مطابق با سناریوهای اول و دوم که در بالا ذکر شد، در محدوده‌ی زمانی کمتر یا مساوی یک ثانیه بعد از ادغام انتخاب کردیم. ما پژواک‌هایی با درجه‌ی اهمیت ۴.۲سیگما را یافتیم. این پژواک‌ها اسپین سیاهچاله‌ی نهایی را داخل بازه ۰٫۸۴-۰٫۸۷ (۰٫۸۷-۰٫۷۰) برای فرض ترجیحی۳ اسپین پایین (بالا) محدود می کند.
علاوه بر آن، رصد امواج‌گرانشی حاصل از رخداد GW170817، فرصت بدیعی ایجاد می‌کند تا بتوانیم علاو‌ه بر آزمودن نسبیت‌عام اینشتین در شرایط فیزیکی حاد، طبیعت پسماند ادغام و خلق افق رویداد سیاهچاله را نیز بررسی کنیم. بعد از ادغام ستاره‌ی نوترونی، حالت پسماند متراکمی تشکیل می‌شود که غالبا به جرم اجسام اولیه‌ی تشکیل‌دهنده‌ی آن وابسته است. در GW170817، جرم نهایی بین ۲ تا ۳ برابر جرم خورشید بود. این جرم هم می‌تواند سیاهچاله تشکیل دهد، هم ستاره‌ی نوترونی. اگر ستاره‌ی نوترونی تشکیل دهد، برای پایدارماندن بسیار پرجرم خواهد بود. این بدین معنی است که با تاخیر زمانی به سیاهچاله رمبش می‌کند. اگر سیاهچاله تشکیل دهد، فرکانس میرآوای۴ آن خارج محدوده‌ی حساسیت آشکارسازهای لایگو/ویرگو خواهد بود. بنابراین آنها عموما به این سیگنال حساس نخواهند بود. با این وجود، با تشکیل جسم متراکم غیرعادی۵ انتظار بر این است که به پژواک‌های قابل ردیابی در فرکانس‌های پایین منجر شود.
در این پژوهش، با استفاده از نکته‌ی بالا و با جستجو در داده‌های امواج گرانشی مربوط به رخداد GW170817، توانستیم وجود پژواک‌های امواج‌گرانشی را با درجه‌ی اهمیت ۴.۲سیگما (یا خطای آماری ۰.۰۰۱۶٪ ) در فرکانس ۷۲هرتز بعد از یک ثانیه از ادغام ردیابی کنیم. به عبارت دیگر پیک مشابه به علت نویز داخل بازه‌ی زمانی و فرکانسی مورد نظر نمی‌تواند بیش از چهار بار در سه روز رخ دهد. اگر این یافته تایید شود، نتیجه‌ی آن می‌تواند تحول چشم‌گیری روی فیزیک سیاهچاله‌های کوانتومی و اخترفیزیک ادغام ستاره‌های نوترونی ایجاد کند. این نتیجه به طور مستقل توسط این مقاله تأیید شده است (شکل ۲)، که از مشاهدات الکترومغناطیسی برای استنباط زمان رمبش برای تشکیل سیاهچاله استفاده می‌کنند.
@Physics3p

منابع:
🌐 برگرفته از سایت علمی نجوم اسطرلاب،
عنوان اصلی مقاله: Echoes from the Abyss: A highly spinning black hole remnant for the binary neutron star merger GW170817
لینک مقاله: https://arxiv.org/abs/1803.10454
نویسندگان: Jahed Abedi and Niayesh Afshordi
این مقاله در نشریه‌ی JCAP منتشر شده است و در ۲۳۵ امین جلسه‌ی جامعه‌ی اخترشناسی آمریکا رتبه‌ی نخست جایزه‌ی کیهانشناسی بوکالتر را به عنوان قدم جسورانه و خلاقانه در درک پدیده‌ی گرانش کوانتومی با استفاده از داده‌های رصدی برای اثبات وجود پژواک‌های امواج‌گرانشی از ادغام ستاره‌ی نوترونی که نشان میدهد داخل سیاه‌چاله بسیار پیچیده‌تر از پیش‌گویی ساده‌ی نسبیت‌عام می‌باشد. مؤلفان این مقاله، آن را به استفان هاوکینگ و جو پولچینسکی، دو پیشگام پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله تقدیم کردند.

▪️گردآوری: جاهد عابدی دانش آموخته دکتری دانشگاه صنعت شریف و پسادکتری موسسه فیزیک گرانش (آلبرت اینشتین)ماکس پلانک و برنده جایزه بوکالتر کیهان شناسی 2019 کانادا