سیاه چاله میان جرم

اولین سیاه‌چاله میان‌جرم

سیاه‌چاله میان‌جرم

تصویر هنری از سیاه‌چاله میان‌جرم و قرص ماده ستاره‌ای اطراف آن ـ امتیاز عکس از: NASA , ESA

تلسکوپ فضایی هابل کمک کرد تا بهترین شاهد و دلیل برای وجود سیاه‌چاله‌های جرم متوسط پیدا شوند. اطلاعات جدید تلسکوپ هابل، قوی‌ترین گواه و دلیل را برای وجود یک سیاه‌چاله میان ـ جرم درکیهان به دست آورده است و تأیید کرده که این سیاه‌چاله میان‌جرم درون یک خوشه ستاره‌ای بسیار متراکم در فاصله بسیار دور از ما قرار دارد.

 

سیاه‌چاله‌های جرم ِ متوسط (یا میان ـ جرم که از این به بعد آن را به صورت «میان‌جرم» نام می‌بریم: Intermediate-Mass Black Hole: IMBH) برای مدت‌های طولانی است که وجود فیزیکی‌شان به صورت یک «پیوند گم‌شده» در سیر تکامل سیاه‌چاله‌ها مورد نظر بوده است. این سیاه‌چاله‌ها جرمی به مراتب کمتر از اَبَرسیاه‌چاله‌های بسیار سنگین (یا سیاه‌چاله‌های اَبَرسنگین) موجود در مرکز کهکشان‌های بزرگ دارند؛ ولی جرمشان بسیار بیشتر از سیاه‌چاله‌های کوچکی است که در اثر فروریزش ستاره‌های سنگین در پایان عمرشان به وجود می‌آیند.

به دنبال پرونده کشف یک سیاه‌چاله میان‌جرم

اخترشناسان همچون کارآگاهان ِ خبره و موشکاف در حل یک پرونده جنایی؛ شواهد و اطلاعات رصدی بسیاری را جمع‌آوری کرده و از بین آن‌ها تعداد زیادی از مظنونین احتمالی را یکی یکی رد کرده‌اند تا بالاخره بهترین شواهد را که به صورت فورانی از پرتوهای ایکس بود در مرکز توجه‌شان قرار دادند. و در نهایت دقت زیاد تلسکوپ فضایی هابل در کنار ریزبینی و موشکافی اخترشناسان، تأیید کرد که آن فوران پرتوی ایکس سابق در واقع نشان دهنده مرگ یک ستاره به علت خرد و متلاشی شدن شدید آن در هنگام تعامل و کنش بسیار نزدیک با یک سیاه‌چاله میان‌جرم بوده است.

این مرگ سهمگین و ناگهانی ِ ستاره‌ای به همراه فوران پرتوهای ایکس آن، نه تنها اثبات محکمی است برای وجود سیاه‌چاله‌ای میان‌جرم، بلکه موجب شده تا اخترشناسان بتوانند جرم آن را هم که در حدود ۵۰٫۰۰۰ برابر جرم خورشید است، تخمین بزنند. این کشف یک پیروزی بزرگ و دیرینه برای نجوم است که توانسته آن «پیوند گم شده» در خانواده سیاه‌چاله‌ها را برای‌مان آشکار کند.

تلسکوپ هابل به کمک اخترشناسان می‌آید

تلسکوپ فضایی هابل مشاهده کرد که منبع این فوران پرتوی ایکس در یک خوشه ستاره‌ای متراکم، در خارج کهکشان راه شیری قرار دارد. خوشه‌های ستاره‌ای چگال (متراکم) مکانی بود که منجمین احتمال می‌دادند می‌توانند میزبان چنین سیاه‌چاله‌هایی باشند. اخترشناسان همچون شرلوک هولمز، در این پژوهش بسیار دقیق به دنبال قاتلی پنهانی بودند که یک ستاره را تکه‌پاره کرده بود.

سیاه‌چاله‌های میان‌جرم اجرام نایابی هستند، یعنی به سختی به دام رصدهای اخترشناسان می‌افتند؛ بنابراین ضروری است که اطلاعات دقیق برای هر جرم احتمالی را با دقت بررسی شود تا با اطمینان تأیید یا رد شوند. و این دقت زیاد همان چیزی است که تلسکوپ هابل به ما اجازه داده تا برای این نامزد احتمالی ِ سیاه‌چاله میان‌جرم انجام دهیم.

در سال ۲۰۰۶ میلادی این ماهواره‌های پرتوی ایکس، یک فوران قدرتمند پرتو ایکس را آشکار کرند که نام آن را ۳XMMJ215022.4-055108 قرار دادند. اما آن موقع مطمئن نشدند که منشأ آن از درون کهکشان است یا خارج آن. پژوهشگران آن زمان، آن را به ستاره‌ای نسبت دادند که نزدیک شدن زیاد آن به یک جسم بسیار فشرده با گرانش قوی نظیر سیاه‌چاله یا یک ستاره نوترونی؛ باعث تکه‌تکه شدن آن شده است.

گروهی از اخترشناسان به سرپرستی آقای داچنگ لین با انتخاب این نامزد احتمالی از بین هزاران منبع پرتوی ایکسی که از داده‌های رصدی رصدخانه‌های فضایی چاندرا و نیوتن در اختیار داشتند، تمرکز پژوهش خود را روی این منبع فوران پرتوی ایکس قرار دادند. سپس تلسکوپ فضایی هابل را برای پیگیری این سرنخ‌های به دست آمده مورد استفاده قرار دادند.

رصدخانه‌های پرتوی X

رصدخانه‌های چاندرا و نیوتن همانند هابل، به صورت ماهواره در مداری به دور زمین در گردش هستند. این دو رصدخانه می‌توانند پرتوهای ایکسی که از اجرام نجومی به زمین می‌رسند را آشکار کنند. چاندرا متعلق به سازمان فضایی آمریکا (ناسا) است و نیوتن متعلق به سازمان فضایی اروپا است. رصدخانه نیوتن شامل سه تلسکوپ پرتوی ایکس با توان بالاست که با یک پویشگر نوری هم همراه است تا بتواند نوردهی‌های طولانی و بدون وقفه نوری را برای رصدهای بسیار حساس انجام دهد. اطلاعاتی که تلسکوپ‌های نیوتن به دست آورده‌اند برای بررسی این سیاه‌چاله میان‌جرم بسیار مهم و کلید بوده‌اند.

با کمال تعجب منبع پرتوی ایکس ِ مذکور در مرکز هیچ کهکشانی وجود نداشت که بتوان آن را به یک سیاه‌چاله ابرسنگین نسبت داد؛ و همین موضوع این امیدواری را برای داچنگ لین و همکارانش ایجاد کرد که با یک سیاه‌چاله میان‌جرم مواجه هستند. اما ابتدا باید وجود دیگر منابع احتمالی فوران‌های پرتوی ایکس را برای آن رد می‌کردند.

حضور در خوشه ستاره ای چگال

تلسکوپ فضایی هابل به سوی این منبع پرتوی ایکس نشانه رفت تا محل دقیق آن شناسایی شود. تصویربرداری عمیق با جزئیات زیاد، تأیید کرد که این منبع پرتو ایکس از منبع منفردی داخل کهکشان راه شیری نیست، اما در عوض در یک خوشه ستاره‌ای چگال (فشرده) در فاصله‌ای دور و در حاشیه یک کهکشان دیگر قرار دارد. خوشه‌های ستاره‌ای فشرده و چگال، یکی از مکان‌هایی بوده که اخترشناسان حدس می‌زدند این سیاه‌چاله‌های میان‌جرم در آن‌جا وجود داشته باشند.

سیاه‌چاله در خوشه ستاره‌ای

تصویر هنری از حضور سیاه‌چاله در خوشه ستاره‌ای متراکم ـ امتیاز عکس از: NASA , ESA

پژوهش‌های قبلی نشان داده بود که هرچه کهکشان سنگین‌تر باشد، سیاه‌چاله مرکزی آن هم سنگین‌تر خواهد بود. جزئیاتی که عکس‌های تلسکوپ هابل آشکار کرده نشان می‌دهد که به احتمال بسیار زیاد آن خوشه ستاره‌ای که میزبان ۳XMMJ215022.4-055108  است؛ ممکن است هسته به هم ریخته از یک کهکشان کوتوله کم جرمی باشد که این کهکشان کوتوله در اثر نیروهای کشندی ِ گرانشی ناشی از تعامل نزدیک آن با کهکشان بزرگترِ میزبانش از هم گسیخته شده باشد. جرم این خوشه ستاره‌ای در حدود ۱۰ میلیون برابر جرم خورشید تخمین زده شده.

واقعا یافتن سیاه‌چاله‌های میان‌جرم مشکل است، زیرا نسبت به سیاه‌چاله‌های ابرسنگین خیلی کوچکتر و آرام‌تر هستند. سیاه‌چاله‌های ابرسنگین را به علت نیروی گرانش بسیار عظیمی که دارند، و با استفاده از حرکت ستارگان در اطرافشان یا فروریختن ماده ستاره‌ای و تابش‌های پرتوی ایکس دائمی از قرص‌های برافزایشی اطراف آن‌ها می‌توان شناسایی کرد. ولی این سیاه‌چاله‌های میان‌جرم از آن جهت که کشش گرانشی به حد کافی قدرتمندی ندارند به راحتی قابل شناسایی نیستند.

سیاه‌چاله میان‌جرم

تصویر هنری از سیاه‌چاله میان‌جرم و قرص ماده ستاره‌ای اطراف آن ـ امتیاز عکس از: NASA , ESA

رصدهای جدید رصدخانه نیوتن نشان می‌دهد که درخشندگی آن فوران پرتوی ایکس؛ همانطور که از یک پدیده اختلال کشندی انتظار می‌رود، فروکش کرده و قرص برافزایشی آن (یعنی موادی که از ستاره فروپاشی شده در اطراف سیاه‌چاله گسترده شده) هنوز در حالتی گرمایی طیف نرمی از تابش پرتو ایکس از خود نشان می‌دهد.

بنابراین اخترشناسان مجبورند منتظر بمانند تا در یک عملیات بسیار نادر ِ قورت دادن یک ستاره توسط این نوع سیاه‌چاله‌ها؛ دستان ِ به خون آغشته آن را به دام اندازند. این گروه اخترشناسان به سرپرستی لین، با جستجو در میان صدها هزار منبع پرتو ایکسی که در آرشیو رصدهای رصدخانه پرتو ایکس XMM-نیوتن بود، قوی‌ترین شاهد را به عنوان گزینه احتمالی یک سیاه‌چاله میان‌جرم انتخاب کردند. با بررسی شدت فوران پرتوهای ایکس و تلفیق شکل طیف نوری آن توانستند جرم سیاه‌چاله را تخمین بزنند: ۵۰٫۰۰۰ برابر جرم خورشید!

سیاه چاله جرم متوسط

عکس تلسکوپ هابل از مکان این سیاه‌چاله میان‌جرم ـ امتیاز عکس از: NASA , ESA

خوشه ستاره‌ای که میزبان این سیاه‌چاله میان‌جرم است با کادر سبز مشخص شده و به احتمال زیاد قبلا هسته کهکشان کوتوله Gal2 بوده که این کهکشان در اثر مجاورت با کهکشان بزرگتر Gal1 ترکیب و ساختار خود را از دست داده است. این دو کهکشان در فاصله ۸۰۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارند.

 

در انتظار یافتن پاسخ‌های جدید در آینده

این گروه امیدوارند که بتوانند با رصدهای بیشتر در آینده بتوانند هم کل انرژی خروجی از این جرم را محاسبه کنند و هم نوع ستاره‌ای که منهدم شده را مشخص کنند. و علاوه بر آن به دنبال اکتشاف موارد دیگری از این نوع سیاه‌چاله‌ها باشند.

با تأیید قطعی برای اولین سیاه‌چاله میان‌جرم، درهای امیدی باز می‌شوند که تعداد زیادی از آن‌ها در عالم وجود دارند ولی هنوز در تاریکی کیهان کشف نشده‌اند و چه بسا در انتظار عبور ستاره‌ای از نزدیکی‌شان هستند تا با متلاشی کردن آن خودشان را بر ما آشکار کنند!

سیاه‌چاله‌ها یکی از عجیب‌ترین و عظیم‌ترین محیط‌هایی است که انسان از وجود آن‌ها آگاه شده است، از این رو آن‌ها همچون زمین آزمایشی برای آزمون قوانین فیزیک و درک و فهم ما از نحوه کار جهان، هستند. مطالعه و تحقیق روی منشأ و تکامل سیاه‌چاله‌های میان‌جرم به ما کمک می‌کند تا بهتر بفهمیم که سیاه‌چاله‌های ابرسنگین در مرکز کهکشان‌های بزرگ چگونه به وجود آمده و متحول شده‌اند.

سوالات زیادی وجود دارند که هنوز منتظر پژوهش‌های اخترشناسان و پژوهشگران هستند: آیا سیاه‌چاله‌های ابرسنگین از رشد و تحول سیاه‌چاله‌های میان‌جرم ایجاد شده‌اند؟ خود این میان‌جرم‌ها چگونه ساخته شده‌اند؟ آیا خوشه‌های ستاره‌ای فشرده، منزلگاه برگزیده آن‌ها هستند؟

داستان کشف این سیاه‌چاله همچون داستان‌های جنایی شرلوک هولمز است که اخترشناسان مراحل ساخت و پرداخت فرضیه‌ها و سناریوهای مختلف را با سرنخ‌های موجود مرحله به مرحله جلو رفته‌اند تا به مقصر اصلی که یک سیاه‌چاله میان‌جرم است رسیدند. مقتول ستاره‌ای بوده که توسط یک قاتل پنهانی تکه‌پاره شده است.

سیاه چاله میان جرم

عکس جدید تلسکوپ هابل با نویز کمتر از مکان این سیاه‌چاله میان‌جرم ـ امتیاز عکس از: NASA , ESA

 

منابع: www.spacetelescope.org  ,  hubblesite.org

نویسنده: محمد همایونی

 

0 پاسخ

پاسخ دهید

میخواهید به بحث بپیوندید؟
مشارکت رایگان.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *