رقصة كونية بين ثقوب سوداء تسلط الضوء على الرياضيات الخفية فى الكون

توصل العلماء إلى أدق تنبؤات حتى الآن بشأن اضطرابات الزمكان الغامضة التي تحدث عندما يمر ثقبان أسودان بالقرب من بعضهما البعض، وتُظهر النتائج الجديدة في مجلة نيتشر، أن المفاهيم الرياضية المجردة من الفيزياء النظرية لها استخدام عملي في نمذجة تموجات الزمكان، مما يمهد الطريق لنماذج أكثر دقة لتفسير بيانات الرصد.

ووفقًا لما ذكره موقع "space"، فإن موجات الجاذبية هي تشوهات في نسيج الزمكان ناتجة عن حركة الأجسام الضخمة مثل الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية، كما تم التنبؤ بها لأول مرة في نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين عام 1915، وتم رصدها مباشرة لأول مرة بعد قرن من الزمان، في عام 2015.

ومنذ ذلك الحين، أصبحت هذه الموجات أداة رصد قوية لعلماء الفلك الذين يستكشفون بعضًا من أكثر أحداث الكون عنفًا وغموضًا، ويوضح هذا التصور الطاقة التي تحملها موجات الجاذبية المنبعثة عندما يمر ثقبان أسودان بالقرب من بعضهما البعض.

كما أنه لفهم الإشارات التي تلتقطها أجهزة الكشف الحساسة مثل ليجو (مرصد موجات الجاذبية بالتداخل الليزري) وفيرجو، يحتاج العلماء إلى نماذج دقيقة للغاية للشكل المتوقع لتلك الموجات، مشابهة في جوهرها لتوقعات الطقس الفضائي.

واعتمد الباحثون على حواسيب عملاقة قوية لمحاكاة تفاعلات الثقوب السوداء التي تتطلب تحسين مساراتها تدريجيًا، وهي عملية فعالة ولكنها بطيئة ومكلفة حسابيًا.

كما اتخذ فريق بقيادة ماتياس دريس من جامعة هومبولت في برلين نهجًا مختلفًا، فبدلاً من دراسة الاندماجات، ركز الباحثون على "أحداث التشتت"، وهي حالات يدور فيها ثقبان أسودان بالقرب من بعضهما البعض تحت تأثير جاذبيتهما المتبادلة، ثم يواصلان مسارين منفصلين دون اندماج.

تُولد هذه اللقاءات إشارات موجات جاذبية قوية مع تسارع الثقبين الأسودين متجاوزين بعضهما البعض.

لنمذجة هذه الأحداث بدقة، لجأ الفريق إلى نظرية المجال الكمي، وهي فرع من الفيزياء يُستخدم عادةً لوصف التفاعلات بين الجسيمات الأولية، بدءًا من التقريبات البسيطة وتقسيم التعقيد بشكل منهجي، حسب الباحثون النتائج الرئيسية لتحليق الثقوب السوداء بالقرب منها: مقدار انحرافها، ومقدار الطاقة التي تُشعّ كموجات جاذبية، ومقدار ارتداد هذه الوحوش العملاقة بعد التفاعل.

حتى الآن، كان يُعتقد أنها مجرد مفاهيم رياضية بحتة، لا دور لها في الاختبار المباشر مرتبطًا بالظواهر الملحوظة، وفي الدراسة الجديدة، ظهرت هذه الأشكال في حسابات تصف الطاقة المنبعثة كموجات جاذبية عند مرور ثقبين أسودين بجانب بعضهما البعض، وهذه هي المرة الأولى التي تظهر فيها في سياق يُمكن، من حيث المبدأ، اختباره من خلال تجارب واقعية.