स्पेन में सैंटियागो डी कॉम्पोस्टेला विश्वविद्यालय के उच्च ऊर्जा भौतिकी संस्थान (आईजीएफएई) के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने पहली बार संयुक्त रूप से विलय के बाद ब्लैक होल की "रिकॉइल" गति और दिशा को मापा। यह परिणाम नेचर एस्ट्रोनॉमी में प्रकाशित हुआ है। अनुसंधान से पता चलता है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें न केवल ऊर्जा ले जाती हैं, बल्कि गति भी प्रदान करती हैं, जिससे ब्लैक होल के विलय के बाद अंतिम ब्लैक होल को "किक-ऑफ" रीकॉइल मिलता है, जिससे यह काफी गति से ब्रह्मांड में आगे बढ़ सकता है।
गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय में तरंगें हैं जिनकी भविष्यवाणी आइंस्टीन ने अपने 1916 के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में की थी। जब ब्लैक होल जैसे अत्यधिक घने और विशाल खगोलीय पिंड हिंसक रूप से टकराते हैं, तो ऐसे उतार-चढ़ाव उत्तेजित हो जाएंगे और ब्रह्मांड की सभी दिशाओं में फैल जाएंगे। चूंकि गुरुत्वाकर्षण तरंगें प्रणाली की ऊर्जा और गति को ले जाती हैं, एक बार जब तरंग विकिरण स्थानिक वितरण में पूरी तरह से सममित नहीं होता है, तो परिणामी ब्लैक होल "असंतुलित" जोर के तहत पीछे हट जाएगा, जिसे स्पष्ट रूप से "ब्लैक होल किक किया गया" भी कहा जाता है। रिकॉइल की ताकत दो प्रारंभिक ब्लैक होल के द्रव्यमान और स्पिन से निकटता से संबंधित है, जबकि रिकॉइल की दिशा अंतरिक्ष में पूरे सिस्टम के ज्यामितीय विन्यास पर निर्भर करती है।
अतीत में, वैज्ञानिक मुख्य रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेतों से कक्षीय झुकाव जैसे कुछ ज्यामितीय मापदंडों को मापने में सक्षम थे। एक अन्य प्रमुख कोण, अज़ीमुथल कोण, को सटीक रूप से प्राप्त करना कठिन है। इस शोध टीम ने पाया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों में "उच्च-क्रम मोड" में ज्यामितीय जानकारी होती है जिसे पहले पढ़ना मुश्किल था, जिसका उपयोग इस लापता कोण को पुनर्स्थापित करने और पुनरावृत्ति की त्रि-आयामी दिशा की गणना करने के लिए किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने विधि को सत्यापित करने के लिए एक नमूने के रूप में गुरुत्वाकर्षण तरंग घटना GW190412 का उपयोग किया, जिसे 2019 में उन्नत LIGO और कन्या वेधशालाओं द्वारा संयुक्त रूप से पता लगाया गया था। इस घटना में, दो ब्लैक होल का द्रव्यमान स्पष्ट रूप से समान नहीं है, इसलिए वे सिग्नल में स्पष्ट रूप से पहचाने जाने योग्य उच्च-क्रम मोड विशेषताएं दिखाते हैं, जो सूक्ष्म विश्लेषण के लिए बहुत उपयुक्त है। आइंस्टीन के समीकरणों के आधार पर सटीक संख्यात्मक सिमुलेशन के माध्यम से, टीम ने गणना की कि विलय किए गए ब्लैक होल की पुनरावृत्ति गति 50 किलोमीटर प्रति सेकंड से अधिक है, जो कुछ घने तारा समूहों (जैसे कुछ गोलाकार तारा समूहों) से बचने के लिए पर्याप्त तेज़ है। सांख्यिकीय विश्लेषण द्वारा दिया गया बेयस फैक्टर लगभग 21 है, जो लगभग 95% के आत्मविश्वास स्तर के अनुरूप है, जो इस निष्कर्ष के लिए मजबूत समर्थन प्रदान करता है।
गति का निर्धारण करते समय, टीम ने रिकॉइल दिशा की तुलना सिस्टम कक्षा अक्ष और पृथ्वी अवलोकन दिशा जैसी संदर्भ दिशाओं से भी की। परिणामों से पता चला कि "किक" कक्षीय तल के साथ नहीं थी, न ही यह सीधे पृथ्वी की ओर इंगित की गई थी, बल्कि दोनों के बीच एक मध्यवर्ती दिशा में थी। परियोजना के सदस्यों में से एक, प्रोफेसर जुआन काल्डेरन-बस्टिलो ने एक सादृश्य बनाया: गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत एक ऑर्केस्ट्रा की तरह है। किसी व्यक्ति की स्थिति के आधार पर, सुनाई देने वाले "यंत्र" अलग-अलग होंगे, और यह "टोन रंग अंतर" वैज्ञानिकों को त्रि-आयामी अंतरिक्ष में ब्लैक होल के आंदोलन प्रक्षेपवक्र को फिर से बनाने में मदद करता है। पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी के डॉ. कुस्तव चंद्रा ने बताया कि यह विधि अंतरिक्ष और समय में केवल "तरंगों" का उपयोग करके अरबों प्रकाश वर्ष दूर आकाशीय पिंडों की वास्तविक गति के पुनर्निर्माण के बराबर है।
लेखक ने कहा कि विशेष वातावरण में होने वाले ब्लैक होल विलय का अध्ययन करने के लिए ऐसे सटीक रीकॉइल माप विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए, अभिवृद्धि डिस्क के साथ सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक में, ब्लैक होल विलय दृश्य प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय विकिरण जैसे संकेतों के साथ हो सकता है। हम इन चमकों को देख सकते हैं या नहीं, यह काफी हद तक पीछे हटने की दिशा और पृथ्वी के बीच सापेक्ष ज्यामितीय संबंध पर निर्भर करता है। इसलिए, पुनरावृत्ति की दिशा जानने से खगोलविदों को यह निर्णय लेने में मदद मिल सकती है कि क्या एक निश्चित गुरुत्वाकर्षण तरंग घटना और एक विद्युत चुम्बकीय विस्फोट वास्तव में एक ही ब्रह्मांडीय घटना से आते हैं, या क्या यह समय में सिर्फ एक संयोग है।
अनुसंधान दल का मानना है कि यह कार्य दर्शाता है कि गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान धीरे-धीरे "केवल श्रवण विलय होने" के चरण से बाहर निकल रहा है और एक नए चरण में प्रवेश कर रहा है जो घटनाओं की स्थानिक संरचना और गतिशील प्रक्रियाओं को सावधानीपूर्वक मैप कर सकता है। भविष्य में, जैसे-जैसे डिटेक्टर संवेदनशीलता बढ़ती है और घटना के नमूने बढ़ते हैं, साथ ही ब्लैक होल की पुनरावृत्ति वेग और दिशा को मापना एक नियमित तरीका बन जाएगा, जिससे वैज्ञानिक समुदाय को अधिक स्पष्ट रूप से यह समझने में मदद मिलेगी कि ब्लैक होल ब्रह्मांड में कैसे बढ़ते और स्थानांतरित होते हैं, और आकाशगंगाओं और बड़े पैमाने पर संरचनाओं के विकास को आकार देते हैं।