مطالعه سیاه‌چاله‌ها بسیار دشوار است، اما با استفاده از شناسایی امواج گرانشی، اخترفیزیکدانان راهی مستقیم برای تحلیل این اجرام مرموز یافته‌اند. یک پژوهش تازه، جزئیات واضح‌ترین سیگنال موج گرانشی را از برخورد دو سیاه‌چاله تشریح می‌کند.
سیاه‌چاله‌ها، چه در ابعاد ستاره‌ای، متوسط یا فوق‌سنگین، از جذاب‌ترین اجرام کیهان هستند. آنها همچنین جزو دشوارترین اجرام برای مطالعه به شمار می‌روند. به هر حال، چگونه می‌توان جرمی با چنان گرانش عظیمی را که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد، بررسی کرد؟
در سال ۲۰۱۵، رصدخانه تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی یا همان LIGO توانست پاسخی قانع‌کننده ارائه دهد. این رصدخانه نخستین موج گرانشی تاریخ را آشکارسازی کرد که در واقع ناشی از برخورد دو سیاه‌چاله در گذشته‌های دور بود. هرچند برای یک رویداد کیهانی چنین عظیم، صدای حاصل از این برخورد به صورت یک چیرپ کوتاه به گوش می‌رسد و چندان چشمگیر نیست، اما برای اخترفیزیکدانان، این نواهای زنگ‌مانند که در حین نزدیک شدن دو سیاه‌چاله و پس از ادغام آنها ایجاد می‌شود، حاوی انبوهی از اطلاعات است.
با این حال، به دلیل محدودیت‌های فناوری در آن زمان، داده‌های ثبت‌شده از ادغام سال ۲۰۱۵ به اندازه‌ای کامل نبود که بتواند دو نظریه مهم درباره سیاه‌چاله‌ها را به‌طور قطعی ثابت کند: نخست، این فرضیه که ویژگی‌های یک سیاه‌چاله تنها با جرم و چرخش آن قابل توصیف است و دوم قضیه ناحیه استیون هاوکینگ که می‌گوید افق رویداد یک سیاه‌چاله هرگز نمی‌تواند کاهش یابد و تنها امکان بزرگ‌تر شدن آن وجود دارد.
اکنون و پس از یک دهه پیشرفت در ابزارهای آشکارسازی و روش‌های تحلیلی، پژوهشگران موفق شده‌اند تصویری فوق‌العاده دقیق از سیگنال پیش از ادغام و پس از آن به دست آورند. ماکسی میلیانو ایسی، اخترفیزیک‌دان مرکز اخترفیزیک محاسباتی مؤسسه فلات‌آیرون، گفت: «ما توانسته‌ایم یکی از دقیق‌ترین مشاهدات درباره ماهیت سیاه‌چاله‌ها را ثبت کنیم. این یافته‌ها شواهد بسیار محکمی فراهم می‌آورند که نشان می‌دهند سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی همان اجرامی هستند که آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام پیش‌بینی کرده بود.»
ایسی به همراه ده‌ها تن از اعضای همکاری‌های مشترک LIGO، Virgo و KAGRA مقاله‌ای در مجله Physical Review Letters منتشر کردند که داده‌های جدید مربوط به این صداهای زنگ‌گونه حاصل از ادغام سیاه‌چاله‌ها را شرح می‌دهد. این پژوهش در واقع ادامه‌ای است بر کارهای قبلی ایسی که تلاش داشت با داده‌های ۲۰۱۵ این فرکانس‌های ژرف کیهانی را جداسازی کند.
در این مقاله، دانشمندان ادغام دیگری از سیاه‌چاله‌ها با نام GW250114 را مورد تحلیل قرار دادند که در نهایت سیاه‌چاله‌ای با جرمی برابر ۶۳ جرم خورشیدی پدید آورد که با سرعت خیره‌کننده ۱۰۰ بار در هر ثانیه به دور خود می‌چرخید. به گفته مؤسسه ماکس پلانک، این رویداد «شفاف‌ترین سیگنال موج گرانشی تاکنون» به شمار می‌رود. پژوهشگران توانستند به‌طور واقعی صدای رشد هر دو سیاه‌چاله را هنگام ادغام شنیده و هم قضیه ناحیه هاوکینگ و هم متریک کِر (که سیاه‌چاله را تنها با دو پارامتر جرم و چرخش توصیف می‌کند) را تأیید کنند.
تأیید قضیه ناحیه هاوکینگ یادآور شباهتی مهم به قانون دوم ترمودینامیک است که می‌گوید آنتروپی در گذر زمان تنها می‌تواند افزایش یافته یا ثابت بماند. نویسندگان این تحقیق پیشنهاد می‌کنند که با بررسی ترمودینامیک سیاه‌چاله‌ها می‌توان سرنخ‌های تازه‌ای درباره رازهای بزرگ‌تر کیهان به دست آورد، به‌ویژه درباره گرانش کوانتومی.
ایسی در ادامه توضیح داد: «واقعاً شگفت‌انگیز است که اندازه افق رویداد سیاه‌چاله رفتاری مشابه آنتروپی دارد. این مسئله پیامدهای نظری بسیار ژرفی دارد و به این معناست که برخی ویژگی‌های سیاه‌چاله‌ها می‌توانند به‌صورت ریاضی برای کاوش در ماهیت واقعی فضا و زمان به کار گرفته شوند.»
در دهه آینده، آشکارسازهای امواج گرانشی تا ۱۰ برابر حساس‌تر از تجهیزات کنونی خواهند شد و برنامه‌ریزی‌ها برای ساخت جانشین LIGO با نام تداخل‌سنج لیزری فضایی یا LISA آغاز شده است. این رصدخانه فضایی قرار است به بررسی امواج گرانشی در فرکانس‌های بسیار پایین‌تر بپردازد، از جمله امواجی که از سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم سرچشمه می‌گیرند.
بیش از یک قرن است که مطالعه سیاه‌چاله‌ها عمدتاً جنبه نظری داشته، اما افزایش مداوم دقت آشکارسازهای امواج گرانشی اکنون در حال پرده‌برداری از بخشی پنهان در جهان است که تا پیش از این در دسترس نبود.
