بیگ بنگ: اگر دو کهکشان با هم برخورد کنند، ابرسیاهچاله‌های مرکزشان نیز با هم یکی می‌شوند و در پی ادغام دو سیاهچاله، امواج گرانشی گسیل می‌شود که آن هم به نوبه‌ی خود موجی در بافت فضا- زمان پدید می‌آورد. اکنون بر پایه‌ی برآورد یک گروه پژوهشی بین‌المللی در دانشگاه زوریخ، فرآیند ادغام سیاهچاله‌ها حدود ۱۰ میلیون سال پس از ادغام کهکشان‌های آنها رخ می‌دهد- بسیار سریع‌تر از چیزی که تاکنون تصور می‌شد.

آلبرت اینشتین بیش از یک قرن پیش وجود امواج گرانشی را در نظریه‌ی نسبیت عام خود پیش‌بینی کرده بود. در فوریه‌ی سال ۲۰۱۶ برای نخستین بار رصد مستقیم این امواج انجام شد: رصدخانه‌ی آمریکایی امواج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری(LIGO) از روی زمین امواجی را ثبت کرد که در پی ادغام دو سیاهچاله‌ی پرجرم در بافت فضا پدید آمده بودند. پژوهش برای جستجوی امواج گرانشی همچنان -و بنابراین ریشه‌های کیهان- ادامه دارد: از سال ۲۰۳۴ سه ماهواره در پروژه‌ای به ریاست سازمان فضایی اروپا(ESA) راهی فضا خواهند شد تا با بهره از “آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری پیشرفته‌” ( eLISA) امواج گرانشی با بسامدهایی از این کمتر را هم بتوانند دریافت کنند.

با این همه، دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند زمان قطعی پدید آمدن امواج گرانشی و گسترش آنها در فضا در پی ادغام کهکشان‌ها را پیش‌بینی کنند. اکنون یک گروه بین‌المللی از اخترفیزیکدانان دانشگاه زوریخ، بنیاد فناوری فضایی اسلام‌آباد، دانشگاه هایدلبرگ، و آکادمی علوم چین برای نخستین بار به کمک شبیه‌سازی‌های گسترده این نقطه‌ی زمانی را محاسبه کرده‌اند.

بسیار سریع‌تر از گمان‌های پیشین

هر کهکشان یک ابرسیاهچاله در هسته‌اش دارد که جرمش می‌تواند به میلیون‌ها یا میلیاردها برابر جرم خورشید برسد. دانشمندان در یک شبیه‌سازی واقع‌گرایانه از کیهان، ادغام دو کهکشانِ تقریبا سه میلیارد ساله که فاصله‌ی به نسبت کمی از هم دارند را شبیه‌سازی کردند. جرم هر یک از سیاهچاله‌های آن دو حدود ۱۰۰ میلیون برابر خورشید در نظر گرفته شده بود.

آنان به کمک ابرکامپیوترها، زمانی که نیاز بود تا پس از برخورد دو کهکشان، این دو ابرسیاهچاله با هم ترکیب شوند و امواج گرانشی نیرومند منتشر کنند را محاسبه کردند. لوسیو مایر از بنیاد دانش محاسباتی دانشگاه زوریخ می‌گوید: «نتیجه غافلگیر کننده بود. تنها ۱۰ میلیون سال پس از ادغام دو سیاهچاله، نخستین امواج گرانشی ساتع می شدند- حدود ۱۰۰ برابر سریع‌تر از فرض‌های پیشین.»

محاسبه‌ای یک ساله با ابرکامپیوتر

این شبیه‌سازی کامپیوتری -که بیش از یک سال زمان برد- در چین، زوریخ و هایلدلبرگ انجام گرفت. این پروژه نیاز به یک روش محاسباتی نوآورانه با کدهای عددی گوناگون توسط ابرکامپیوترهای گوناگون داشت. در فرآیند این شبیه‌سازی، هر ابرکامپیوتر مسئول محاسبه‌ی یک گام ویژه از همگرایی مداریِ دو ابرسیاهچاله‌ و کهکشان‌های میزبانشان بود.

پیوند و ارتباط میان مدارهای ابرسیاهچاله‌های مرکزی و ساختار واقعی کهکشان‌هایشان از روی شبیه‌سازی‌های پیشین در این شبیه‎سازی هم گنجانده شد. مایر می‌گوید: «بنابراین محاسبه‌های ما اجازه‌ی یک پیش‌بینی استوار برای نرخ ادغام ابرسیاهچاله‌ها در روزگار آغازین کیهان را به ما می‌دهند. آنها شاید به ما کمک کنند امواج گرانشی‌ای که ماهواره‌های eLISA قرار است در آینده‌ی نزدیک بیابند را به گونه‌ی کارآمدتری ارزیابی کنیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در Astrophysical Journal منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: media.uzh.ch / برگردان: ۱star-7skies