کشف نوع نادری از سیاه‌چاله‌های نسل دوم که بار دیگر درستی نظریه اینشتین را ثابت می‌کند
دانشمندان موفق می‌شوند دو جفت سیاه‌چاله در حال ادغام را شناسایی کنند و معتقدند در هر یک از این جفت‌ها، سیاه‌چاله بزرگ‌تر احتمالا یک «نمونه نسل دوم» است که پیش‌تر در نتیجه برخورد کیهانی دیگری شکل گرفته است. رفتار غیرعادی این سیاه‌چاله‌ها از طریق امواج گرانشی ــ یعنی اختلال‌های ایجادشده در بافت فضا-زمان ــ شناسایی می‌شود.
نشانه‌های آشکار این پدیده دو مورد هستند: در هر ادغام، سیاه‌چاله بزرگ‌تر با سرعتی بسیار زیاد می‌چرخد و جرم آن به‌طور قابل توجهی از سیاه‌چاله کوچک‌تر بیشتر است. این رویدادها توسط همکاری جهانی لایگو-ویرگو-کاگرا (LIGO–Virgo–KAGRA Collaboration) ثبت می‌شوند؛ شبکه‌ای از آشکارسازهای امواج گرانشی که در نقاط مختلف جهان مستقر هستند و مأموریت دارند برخورد سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را رصد کنند.
استفان فیرهرست (Stephen Fairhurst)، از دانشگاه کاردیف (Cardiff University) در بریتانیا و سخنگوی تیم علمی لایگو (LIGO)، در بیانیه‌ای اعلام می‌کند: «این نتایج شواهدی ارزشمند ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد این سیاه‌چاله‌ها در نتیجه ادغام‌های پیشین شکل گرفته‌اند.»
پژوهشگران یافته‌های خود را بر اساس دو رویداد جدید بنا می‌کنند که تنها یک ماه با یکدیگر فاصله دارند. بررسی امواج گرانشی این رویدادها به آن‌ها اجازه می‌دهد تا جرم، سرعت چرخش و فاصله سیاه‌چاله‌های درگیر را با دقت تخمین بزنند.
دو برخورد در دو ماه پیاپی
در نخستین رویداد، در تاریخ ۱۱اکتبر۲۰۲۴ (۲۰مهر۱۴۰۳)، دو سیاه‌چاله با جرم‌هایی به ترتیب ۶ و ۲۰ برابر جرم خورشید با هم ادغام می‌شوند. این ادغام که با نام جی‌دبلیو۲۴۱۰۱۱ (GW241011) شناخته می‌شود، در فاصله حدود ۷۰۰ میلیون سال نوری از زمین رخ می‌دهد. سیاه‌چاله بزرگ‌تر از سریع‌ترین سیاه‌چاله‌های چرخان مشاهده‌شده تاکنون است.
در دومین رویداد، با نام جی‌دبلیو۲۴۱۱۱۰ (GW241110)، که در تاریخ ۱۰نوامبر۲۰۲۴ (۲۰آبان۱۴۰۳) ثبت می‌شود، دو سیاه‌چاله با جرم‌های ۸ و ۱۷ برابر خورشید با یکدیگر برخورد می‌کنند. این ادغام در فاصله تقریبی ۲.۴ میلیارد سال نوری از زمین اتفاق می‌افتد. نکته قابل توجه آن است که سیاه‌چاله بزرگ‌تر برخلاف جهت مدار خود می‌چرخد؛ پدیده‌ای که تاکنون در هیچ مشاهده‌ای ثبت نشده است.
دانشمندان تاکید می‌کنند که هر دو ادغام ویژگی‌هایی منحصربه‌فرد دارند. در هر مورد، سیاه‌چاله بزرگ‌تر تقریبا دو برابر شریک خود جرم دارد و جهت چرخش آن نیز با صدها رویداد ادغام پیشین که از زمان نخستین کشف تاریخی لایگو در سال۲۰۱۵ ثبت شده‌اند، تفاوت دارد.
پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که سیاه‌چاله بزرگ‌تر در هر ادغام، حاصل فرآیندی موسوم به «ادغام سلسله‌مراتبی» (Hierarchical Merger) است؛ پدیده‌ای که در محیط‌های بسیار متراکم مانند خوشه‌های ستاره‌ای (Star Clusters) رخ می‌دهد، جایی که سیاه‌چاله‌ها اغلب به‌صورت فیزیکی به هم نزدیک می‌شوند و برخورد می‌کنند.
جس مک‌آیور (Jess McIver)، اخترفیزیک‌دان دانشگاه بریتیش کلمبیا (University of British Columbia)، توضیح می‌دهد: «این یکی از مهم‌ترین کشف‌های ما تا امروز است. این رویدادها شواهد محکمی ارائه می‌دهند که در بخش‌های متراکم و شلوغ از کیهان، بقایای ستاره‌های مرده به‌طور پیوسته به‌سوی یکدیگر رانده می‌شوند.»
تایید دوباره نظریه اینشتین
گذشته از شناسایی احتمالی سیاه‌چاله‌های نسل دوم، پژوهشگران بیان می‌کنند که این دو ادغام بار دیگر درستی پیش‌بینی‌های فیزیکی آلبرت اینشتین (Albert Einstein) را که بیش از یک قرن پیش مطرح شده‌اند، تأیید می‌کنند و در عین حال به دانشمندان کمک می‌کنند تا درک دقیق‌تری از رفتار ماده در میدان‌های گرانشی بسیار قوی به‌دست آورند.
به‌عنوان نمونه، در رویداد جی‌دبلیو۲۴۱۰۱۱، سیگنالی واضح از تغییر شکل سیاه‌چاله بزرگ‌تر در اثر چرخش سریع آن مشاهده می‌شود. این تغییر که در الگوی امواج گرانشی ثبت می‌شود، با نظریه نسبیت عام اینشتین و مدل ریاضی سیاه‌چاله‌های چرخان که توسط روی کر (Roy Kerr) ارائه شده، کاملا مطابقت دارد.
همچنین، در همان رویداد نوعی «همهمه» یا نوسان هارمونیکی در سیگنال امواج گرانشی ثبت می‌شود که ناشی از اختلاف زیاد جرم میان دو سیاه‌چاله است. پژوهشگران توضیح می‌دهند که این صدا مانند هارمونیک‌های موسیقی عمل می‌کند و وجود آن بار دیگر پیش‌بینی‌های نظری اینشتین را به‌طور تجربی تایید می‌نماید.
گامی تازه در شناخت فضا-زمان
به گفته الیزابت هاول (Elizabeth Howell)، پژوهشگر حوزه اخترفیزیک، این یافته‌ها نه‌تنها درک تازه‌ای از نحوه شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های نسل دوم فراهم می‌آورند، بلکه گامی بزرگ در مسیر شناخت پویایی‌های پیچیده فضا-زمان و تعامل ماده در میدان‌های گرانشی فوق‌العاده قوی به‌شمار می‌روند.