Black hole binaries in shift-symmetric Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity experience a slower merger phase
تكشف المحاكاة العددية غير الخطية بالكامل أنه في حين أن جاذبية أينشتاين-سكالار-غاوس-بونيه ذات التماثل الإزاحي تسرع اندماج الثنائيات السوداء مقارنة بالنسبية العامة بسبب إشعاع ثنائي القطب السكالي، فإن الديناميكيات التحفظية في المجال القوي تقمع هذا التسارع بشكل كبير، مما يؤدي إلى مرحلة اندماج أبطأ مما تتنبأ به تقريبات ما بعد نيوتن.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
الجاذبية هي القوة التي تشكل الكون، حيث تُبقي الكواكب في مداراتها وتثني مسار الضوء. ولأكثر من قرن، كان أفضل وصف لنا لهذه القوة هو نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، والتي تصور الجاذبية ليس كقوة سحب، بل كانحناء في الزمكان ناتج عن الكتلة. وبينما اجتازت هذه النظرية كل اختبار وُضع أمامها حتى الآن، يشتبه العلماء في أنها قد تكون صورة غير مكتملة، خاصة في البيئات الأكثر تطرفاً حيث تكون الجاذبية قوية للغاية. ولاستكشاف ذلك، يبحث الباحثون عن انحرافات طفيفة في سلوك الثقوب السوداء، وهي أكثر الأجسام كتلة وكثافة في الوجود. فعندما تلتف ثقبان سوداوان حول بعضهما البعض قبل الاصطدام، فإنهما يخلقان تموجات في الزمكان تُعرف باسم الموجات الثقالية. وتحمل هذه الموجات سجلاً مفصلاً للحدث، مما يسمح لعلماء الفلك بالاستماع إلى اللحظات الأخيرة من الاصطدام والتحقق مما إذا كانت قواعد اللعبة تطابق توقعات أينشتاين أو إذا كان هناك شيء جديد قيد العمل.
يتضمن أحد مجالات الاهتمام نظريات تضيف حقلاً جديداً غير مرئي إلى معادلات أينشتاين، تماماً مثل إضافة مكون جديد إلى وصفة طعام. إحدى هذه النظريات، وتسمى جاذبية "أينشتاين-سكالار-غاوس-بونيت" ذات التناظر الإزاحي، تقترح أن الثقوب السوداء ليست مجرد نقاط فارغة ذات كثافة لانهائية، بل محاطة بسحابة باهتة وغير مرئية من هذا الحقل الجديد. هذه السحابة، أو "الشحنة السلمية"، تغير كيفية تفاعل الثقوب السوداء مع بعضها البعض. ووفقاً للتقريبات الرياضية المستخدمة لعقود، فإن هذا الحقل الإضافي يجب أن يتسبب في فقدان الثقوب السوداء لطاقتها بشكل أسرع وتقاربها بشكل أسرع مما تتنبأ به نظرية أينشتاين. وكان التوقع هو أن هذا التسارع سيكون إشارة واضحة لا لبس فيها في البيانات، يسهل رصدها بواسطة كواشف مثل "لايجو" (LIGO) و"فيرجو" (Virgo). ومع ذلك، اعتمدت هذه الحسابات القديمة على افتراضات تبسيطية تعمل جيداً عندما تكون الثقوب السوداء بعيدة عن بعضها، لكنها تنهار عندما تصبح قريبة بما يكفي للاصطدام.
ولرؤية ما يحدث حقاً عندما تقترب هذه الثقوب السوداء من بعضها، أجرى فريق من الباحثين عمليات محاكاة حاسوبية قوية قامت بنمذجة الواقع الفوضوي الكامل للاصطدام دون الاعتماد على تلك الاختصارات التبسيطية. لقد أنشأوا توأماً رقمياً لاندماج ثقب أسود مشابه لأول ثقب أسود تم رصده على الإطلاق، والمعروف باسم GW150914، وراقبوا كيف يتطور تحت النظرية الجديدة مقارنة بجاذبية أينشتاين القياسية. واستخدموا كودين حاسوبيين مختلفين ومستقلين لضمان أن نتائجهم ليست مجرد خلل في برنامج معين. وأظهرت عمليات المحاكاة أن الثقوب السوداء في النظرية الجديدة قد اندمجت بالفعل بشكل أسرع في نسختها الخاصة بأينشتاين، مما أكد أن السحابة غير المرئية تسرع العملية بالفعل. ومع ذلك، كان هذا التسارع أقل دراماتيكية بكثير مما تنبأت به الصيغ الرياضية القديمة. لم يكن الفرق فجوة هائلة وواضحة كما اقترحت التقريبات، بل كان تحولاً أكثر دقة.
اكتشف الباحثون أن السبب وراء هذا التسارع الأقل من المتوقع يكمن في كيفية احتفاظ الثقوب السوداء بطاقتها. في النظرية الجديدة، يغير وجود السحابة غير المرئية الطريقة التي تترابط بها الثقوب السوداء معاً. ولجعل المدار يتقلص بمقدار معين، يحتاج النظام في الواقع إلى فقدان طاقة إجمالية أكثر مما سيفعل في نظرية أينشتاين. الأمر كما لو أن الثقوب السوداء تقاوم بقوة أكبر ضد سحب السحابة، مما يتطلب استهلاكاً أكبر للطاقة للتقارب. وبينما يدفع الإشعاع الإضافي الناتج عن السحابة الثقوب السوداء معاً بشكل أسرع، فإن هذه المقاومة المتزايدة من الهيكل المتغير للزمكان تبطئ العملية بشكل كبير. إن التأثيرين يلغيان بعضهما البعض جزئياً، مما يؤدي إلى اندماج أسرع من توقعات أينشتاين، ولكنه ليس سريعاً بقدر ما اقترحت الصيغ البسيطة.
هذا الاكتشاف حاسم لأن من شأنه أن يغير كيفية تفسير العلماء للإشارات التي يتلقونها من الكون. فإذا افترض الباحثون أن الصيغ القديمة البسيطة صحيحة حتى لحظة الاصطدام، فقد يسيئون تفسير البيانات، ظانين أن الثقوب السوداء أثقل أو تدور بشكل مختلف عما هي عليه في الواقع. تشير الدراسة إلى أن الانتقال من مرحلة المدار البطيئة والمتوقعة إلى الانهيار النهائي الفوضوي هو أمر أكثر تعقيداً مما كان يُعتقد سابقاً. فالسحابة غير المرئية لا تعمل فقط كمكبح أو مسرع بسيط؛ بل إنها تغير بشكل أساسي توازن الطاقة في النظام بطريقة لا تظهر إلا عندما تكون الجاذبية في أقوى حالاتها. وهذا يعني أنه لاختبار هذه النظريات الجديدة حقاً، لا يمكن للعلماء الاعتماد على التقديرات التقريبية. إنهم بحاجة إلى الاستماع إلى "أغنية" الاصطدام بأكملها، من النوتة الأولى إلى الصمت النهائي، باستخدام القوة الكاملة لعمليات المحاكاة الحاسوبية لفك رموز الاختلافات الدقيقة التي تخفيها الطبيعة في نظام المجال القوي.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.