უჩვეულო გრავიტაციული ტალღა შეიძლება სხვა სამყაროსთან დამაკავშირებელი ჭიის ხვრელის ნიშანი იყოს - ახალი კვლევა

2019 წელს, ორმა ობსერვატორიამ, LIGO-მ და Virgo-მ რაღაც ნამდვილად უცნაური ჩაიწერეს — წამის მეათედზე ნაკლები ხანგრძლივობის გრავიტაციული ტალღა.

ერთმანეთის გარშემო სპირალურად მოძრავი ორი შავი ხვრელის მიერ გამოცემულ ტალღებთან შედარებით, ეს რაღაც გაცილებით მკვეთრი იყო. ამ მოვლენის, სახელად GW190521-ის საუკეთესო ახსნა იყო შემთხვევით შეხვედრილი ორი შავი ხვრელი, რომელიც ერთმანეთს შეეჯახა.

თუმცა, ახალი კვლევა ალტერნატივას გვთავაზობს, გაცილებით ეგზოტიკურ ვარიანტს — სხვა სამყაროში მომხდარი შავი ხვრელების შეჯახების ექო, რომელიც აირეკლება (რევერბაცია) ამ შეჯახების შედეგად წარმოქმნილ, კოლაფსირებად ჭიის ხვრელში.

„უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვენს სამყაროში მომხდარი შავი ხვრელების შეჯახება მაინც არის ამ სიგნალების სასურველი ინტერპრეტაცია, მაგრამ ეს სასურველობა მაინც არ არის საკმარისად ძლიერი, რომ მთლიანად გამოირიცხოს ჭიის ხვრელის მოდელი“, — წერს რეცენზირებამდელ სერვერ arXiv-ზე ატვირთულ პუბლიკაციაში მკვლევართა ჯგუფი, რომელსაც ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის ფიზიკოსი ქი ლაი ხელმძღვანელობდა.

თუკი ის ჭიის ხვრელის მანიშნებელი იყო, GW190521 და მისი მსგავსი სხვა გრავიტაციული ტალღები არა მხოლოდ დაადასტურებდნენ ამ ჰიპოთეტური სტრუქტურების არსებობას, არამედ ასევე მოგვცემდნენ ახალ ინსტრუმენტს მათი ფიზიკური თვისებების შესასწავლად. ეს არის ძალიან დიდი „თუ“.

გრავიტაციული ტალღები, რომელთა დაფიქსირებაც ამჟამად შეგვიძლია, არის მასიური, ძალიან მკვრივი ობიექტების, მაგალითად, შავი ხვრელების და ნეიტრონული ვარსკვლავების შეჯახებათა შედეგად წარმოქმნილი ჭავლები სივრცე-დროის ქსოვილში.

თუმცა, ამ ჭავლებს მხოლოდ თავად შეჯახება არ წარმოქმნის. როდესაც წყვილურ (ბინარულ) ორბიტაზე მოძრავი შავი ხვრელები სპირალურად ბრუნავენ ერთმანეთის გარშემო, ჭავლებს წარმოქმნის მათი ურთიერთქმედი გრავიტაციული ველებიც, თავიდან სუსტებს, შემდეგ კი, ობიექტის მიახლოებასთან ერთად, ძლიერებს.

შედეგად მიღებულ ტალღებს აღმავალი ტალღის ფორმა აქვს, როგორც ქვემოთ ვიდეოში ხედავთ.

GW190521-ს სიგნალის შიდასპირალური ნაწილი აკლდა და შერწყმის შედეგად მიღებული მასით — 142 მზის მასა — ის დაფიქსირებადი უნდა ყოფილიყო. ამან მკვლევრები მიიყვანა დასკვნამდე, რომ შავი ხვრელები წყვილურ ორბიტაზე კი არ იყვნენ ჩაკეტილი, არამედ უბრალოდ გვერდს უვლიდნენ ერთმანეთს, როცა ურთიერთგრავიტაციამ ჩაიჭირა და შეაჯახა.

ლაიმ და მისმა კოლეგებმა იფიქრეს, რომ შეიძლება ამას სხვა ახსნა ჰქონოდა: ობიექტი, რომელმაც ორი შავი ხვრელის შერწყმა გამოიწვია, იქნებ ჭიის ხვრელი იყო, რომელიც შემდეგ კოლაფსირდა და წარმოქმნა საბოლოო, შერწყმული შავი ხვრელი? თუ მართლა ასე იყო, შესაძლოა, გრავიტაციული ტალღების მონაცემების მხოლოდ ერთი მოკლე აფეთქება მივიღოთ ჭიის ხვრელის კოლაფსის დროს.

მკვლევრებმა შეიმუშავეს ტალღის ფორმის მოდელი იმისა, როგორი უნდა ყოფილიყო ეს გრავიტაციული ტალღის სიგნალი და შემდეგ ის LIGO-სა და Virgo-ს მონაცემებს შეადარეს. ასევე შექმნეს ტალღის ფორმა სტანდარტული შავი ხვრელების შერწყმისთვის, რათა ის დაკვირვებული მონაცემებისთვის შეედარებინათ.

წყვილური შავი ხვრელის შერწყმის ტალღის ფორმა ოდნავ უკეთესად ჯდება დაკვირვებულ სიგნალში, ვიდრე ჭიის ხვრელის ტალღის სიგრძე, მაგრამ მხოლოდ ოდნავ. მკვლევართა განცხადებით, საკმარისი სივრცეა იმის ეჭვისთვის, რომ ჭიის ხვრელის სცენარი მაინც შესაძლებელია. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ GW190521 შეიძლება პირველი იყოს ისტორიაში, როდესაც კაცობრიობამ ჩვენი სამყაროს მიღმა სხვა სამყაროს არსებობის რაღაც მტკიცებულებას მიაგნო.

ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ჭიის ხვრელების არსებობა დადასტურებულად გამოცხადდეს, განსაკუთრებით იმიტომ, რომ ეს ახსნა ეგზოტიკურ ფიზიკას მოითხოვს. ეს ყველაფერი უბრალოდ ნიშნავს იმას, რომ ჭიის ხვრელების მიმართულებით კვლევების გაგრძელება შეიძლება ცდად ღირდეს.

ამ დრომდე დაფიქსირებულთა შორის ყველაზე დიდმა შავ ხვრელთა შერწყმამ წარმოქმნა ობიექტი, რომლის მასაც მზისას 225-ჯერ აღემატება. ისიც ძლიერ ხანმოკლე უნდა ყოფილიყო, GW190521-ის მსგავსად. მკვლევართა განცხადებით, შედარებები ამ მოვლენებსა და სხვა, მომავალში დაფიქსირებულებს შორის, წარმოადგენს გზას, რომელიც გვეტყვის, რომელი სცენარია რეალობასთან უფრო მეტად ახლოს.

კვლევა ხელმისაწვდომია რეცენზირებამდელ სერვერზე arXiv.