به گزارش صدای شهر پژوهشگران دانشگاه کیوتو در ژاپن با بهره‌گیری از یک روش ریاضی پیشرفته برای نخستین بار موفق شدند رفتار ارتعاشی سیاه‌چاله‌ها را با دقتی بی‌سابقه ردیابی کنند.
به گزارش phys.org این ارتعاشات که در پی اختلال در سیاه‌چاله‌ها ایجاد می‌شوند و با عنوان مد‌های شبه‌نرمال (quasinormal modes) شناخته می‌شوند همان امواج گرانشی قابل آشکارسازی هستند که اطلاعات ارزشمندی درباره جرم و ساختار سیاه‌چاله‌ها ارائه می‌دهند. نتایج این پژوهش در نشریه Physical Review D منتشر شده است.
سیاه‌چاله‌ها به‌عنوان قدرتمندترین منابع گرانشی در جهان می‌توانند فضا و زمان را به‌شدت خمیده کنند. در رخداد‌هایی مانند ادغام دو سیاه‌چاله این انحراف‌ها به شکل امواج گرانشی به بیرون منتشر می‌شوند که در صورت شدت کافی امکان آشکارسازی آنها از زمین وجود دارد. با این حال محاسبه دقیق و نظری این امواج به‌ویژه در فاز‌هایی که ارتعاشات به سرعت ضعیف می‌شوند همواره چالشی بزرگ در فیزیک نظری بوده است.
استفاده از آنالیز دقیق WKB برای تحلیل اطراف سیاه‌چاله
برای عبور از این مانع تیم تحقیقاتی از تکنیکی ریاضی به نام تحلیل دقیق ونتسل-کرامرز-بریلون (Exact WKB Analysis) استفاده کرد؛ روشی که تاکنون بیشتر در ریاضیات محض کاربرد داشته و استفاده از آن در فیزیک به‌ویژه در مطالعه سیاه‌چاله‌ها حوزه‌ای نوظهور محسوب می‌شود.
تایگا میاچی نویسنده مسئول مقاله، در این باره می‌گوید: زیربنای روش WKB دقیق، عمدتاً توسط ریاضیدانان ژاپنی توسعه یافته است و من به‌عنوان پژوهشگری از ژاپن همواره پیوندی ذهنی و فرهنگی با این حوزه داشته‌ام.
با استفاده از این روش پژوهشگران توانستند الگوی انتشار امواج را با جزئیاتی بالا حتی در نواحی دشوار و پیچیده پیرامون سیاه‌چاله دنبال کنند. آنها فضا را در اطراف سیاه‌چاله به حوزه اعداد مختلط تعمیم دادند؛ روشی که ساختار هندسی غنی و پنهان سیاه‌چاله را آشکار کرد.
یکی از یافته‌های کلیدی بررسی پدیده‌ای ریاضی به نام منحنی‌های استوکس (Stokes Curves) بود؛ مناطقی که در آن ماهیت موج به‌طور ناگهانی تغییر می‌کند. این منحنی‌ها و مسیر‌های مارپیچی ناشی از سیاه‌چاله‌ها در پژوهش‌های پیشین معمولاً نادیده گرفته می‌شدند، اما تیم تحقیقاتی این ویژگی‌های پیچیده را در تحلیل خود وارد کرده است.
بازسازی دقیق فرکانس ارتعاشات ضعیف
این روش جدید توانست فرکانس‌های مربوط به ارتعاشات سریعاً تضعیف‌شونده را به‌طور سیستماتیک و دقیق بازسازی کند و به گفته پژوهشگران الگویی زیبا و پیچیده از ساختار درونی امواج سیاه‌چاله‌ها آشکار شد که تاکنون ناشناخته مانده بود.
میاچی می‌افزاید: ما از زیبایی و پیچیدگی ساختار‌های زیرین این ارتعاشات شگفت‌زده شدیم. الگو‌های مارپیچی‌ای که در تحلیل ریاضی کشف کردیم کلید درک کامل مد‌های شبه‌نرمال بودند.
این پژوهش افق‌های جدیدی را برای تحلیل دقیق‌تر صدای زنگ‌مانند سیاه‌چاله‌ها در مدل‌های مختلف کیهانی فراهم می‌سازد و می‌تواند دقت آشکارسازی امواج گرانشی آینده را ارتقاء بخشد. در نهایت این دستاورد‌ها ممکن است به فهمی ژرف‌تر و قابل‌اعتمادتر از ماهیت واقعی جهان و هندسه آن بینجامد.
تیم تحقیقاتی قصد دارد در گام‌های بعدی این روش را به تحلیل سیاه‌چاله‌های چرخان تعمیم دهد و کاربرد‌های احتمالی آن را در مطالعات مرتبط با گرانش کوانتومی بررسی کند.
انتهای پیام/
Source link
