دوره آنلاین مبانی نجوم

منوی اصلی

حباب گاز داغ در گردش به دور سیاه‌چاله مرکزی

حباب گاز داغ به گرد سیاه‌چاله مرکزی
عکس توصیفی ـ Credit: EHT Collaboration, ESO/M. Kornmesser

از داده‌های آرایه تلسکوپ‌های رادیویی آلما (ALMA) نشانه‌هایی به دست آمده که حبابی از گاز بسیار داغ در فاصله‌ای اندک از سیاه‌چاله ابرسنگین مرکزی کهکشان راه‌شیری در گردش است. این رصدها به فهم بهتر ما از قلمرو رازآلود و پویای پیرامون این سیاه‌چاله بزرگ کمک بسیار می‌کنند.

حبابی از گاز داغ در مدار سیاه‌چاله

به تازگی (اواخر شهریور ۱۴۰۱) از داده‌های آرایه تلسکوپ‌های رادیویی آلما کشفیاتی به دست آمده است که نشان می‌دهد حبابی از گاز بسیار داغ معروف به نقطه داغ (Hot spot) در فاصله اندکی از سیاه‌چاله مرکزی راه‌شیری در گردش است.

جالب این‌جاست که اصلا چیزی از آن دیده نشده، یعنی مشاهده مستقیمی در کار نیست. بلکه در امواج رادیویی قطبی شده‌ای (پلاریزه) که توسط آلما از محیط پیرامون سیاه‌چاله *Sgr Aدریافت شده است، متوجه شده‌اند آن‌چیزی که در تغییر و چرخش است باید حبابی از گاز داغ باشد.

این حباب گازی در مداری همچون مدار سیاره عطارد برگِرد خورشید، در حال گردش به دور *Sgr A است. فاصله‌اش از آن خیلی کم است: حدود ۵ برابر شعاع افق رویداد این سیاه‌چاله! همین فاصله کم باعث شده که سرعت گردش آن بسیار بالا باشد.

این حباب داغ، مدار خودش را در عرض ۷۰ دقیقه دور می‌زند که سرعت آن با یک حساب ساده به دست می‌آید: ۹۰ هزار کیلومتر بر ثانیه، یعنی ۳۰ درصد سرعت نور!

این مقدار واقعا سرعت بسیار زیادی است که یک جسم دارد، اما چه می‌شود کرد؛ این‌جا قلمرو نزدیک سیاه‌چاله است. تازه آن هم نه یک سیاه‌چاله کوچک و معمولی بلکه ابرسیاه‌چاله‌ای که در مرکز کهکشان قرار دارد. سیاه‌چاله‌ای که جرم آن ۴ میلیون برابر جرم خورشید است و اندازه‌اش؟ یک پنجم قطر مدار سیاره عطارد! طبیعی است که آن نزدیکی‌ها شرایط خیلی پیچیده و غیرعادی باشد.

مرکز راه‌شیری
مرکز راه‌شیری در صورت فلکی کمان ـ Credit: Katie Peek; Eloi Omella/Getty Images

*Sgr A نام اختصاری مرکز کهکشان راه‌شیری است که ترکیبی از کوته‌نوشت اسم انگلیسی صورت فلکی کمان (قوس) است. این نام دهه‌های گذشته هنگامی که اخترشناسان متوجه شدند مرکز راه‌شیری، منطقه‌ای فعال و غیرعادی است بر آن گذاشته شده است.

اتفاقا اخترشناسان بسیار مشتاقند تا از آن جاها سردر آورند. بفهمند که در آن نزدیکی‌های سیاه‌چاله مرکز کهکشان، چه خبر است. ماده‌های احتمالی آن‌جا در چه وضعی هستند و چه اتفاقاتی آن‌جا می‌افتد.

تلسکوپ افق رویداد و تصویر سیاه‌چاله

حتما اطلاع دارید که همین چند ماه قبل بود (بهار ۱۴۰۱) که بالاخره تصویر مستقیم از این سیاه‌چاله منتشر شد. و بالاخره سه سال پس از انتشار نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله (ابرسیاه‌چاله فوق سنگینی که در مرکز کهکشان M87 قرار دارد)، بالاخره چشم‌مان به جمال سیاه‌چاله عظیم کهکشان خودمان هم روشن شد.

تصویر سیاه‌چاله مرکز راه‌شیری
عکس سیاه‌چاله مرکز راه‌شیری ـ Credit: EHT Collaboration

داده‌های رصدی‌ای که این عکس‌ها از آن‌ها نتیجه شده‌اند توسط تلسکوپی به نام تلسکوپ افق رویداد جمع‌آوری شده است. افق رویداد، نام یک همکاری بسیار بزرگ از چندین تلسکوپ رادیویی است که در نقاط مختلف کره زمین از شمال تا جنوب و شرق تا غرب زمین قرار دارند. وقتی این رادیوتلسکوپ‌ها از نقاط مختلف زمین در هماهنگی با هم تابش‌های رادیویی اجسام را دریافت کنند، مثل این است که با رادیوتلسکوپی به قطر کره زمین مشغول رصد هستند.

هر کدام از اجزای تلسکوپ افق رویداد در زمان‌های محاسبه‌شده و بسیار دقیقی امواج رادیویی رسیده از سمت مرکز کهکشان را دریافت کرده و ثبت کردند. سپس این داده‌ها با هم‌دیگر ترکیب شدند تا همه با هم نقش یک تلسکوپ یکتا در کل سطح زمین را ایفا کنند.

آرایه آلما ALMA
رادیوتلسکوپ‌های آلما ـ Credit: ESO/B. Tafreshi

یکی از مهمترین اعضای تلسکوپ افق رویداد، آرایهء رادیوتلسکوپ‌های آلما متعلق به رصدخانه جنوبی اروپاست که در صحرای آتاکامای شیلی قرار دارند. آلما ALMA ترکیبی از ۶۶ رادیوتلسکوپ است که به صورت هماهنگ در محدوده امواج رادیویی در طول موج‌های میلی‌متری و زیرمیلی‌متری رصد می‌کنند. عکس بالا توسط بابک امین‌تفرشی گرفته شده است.

این رصدها در ۶و ۷ آوریل ۲۰۱۷ میلادی انجام شد و داده‌های لازم برای ثبت تصویر سیاه‌چاله مرکز راه‌شیری از همه رادیوتلسکوپ‌های عضو همکاری افق رویداد ثبت و جمع‌آوری شد.

رصدهای آلما به همراه رصدهای پرتو ایکس

پس از انجام این رصدهای بسیار دقیق گروه اخترشناسانی که مسئول دریافت و ثبت داده‌های آرایهء آلما بودند، متوجه حضور سرنخ‌هایی از ویژگی‌های محیط پیرامون سیاه‌چاله در داده‌های رادیویی آلما شدند. به همین دلیل کنجکاو شدند که داده‌های این رصدها را بیشتر و دقیق‌تر بکاوند.

این رصدها نشان می‌داد که تابش‌هایی خاص از امواج رادیویی قطبی شده (پلاریزه) در نزدیک سیاه‌چاله مرکزی مشاهده می‌شود. تابش‌هایی که با توجه به ویژگی‌هایش نشان از حضور توده‌ای از گاز بسیار داغ است. البته طبیعی است که در فاصله‌ای این‌چنین نزدیک به سیاه‌چاله، گازها داغ باشند. اما مسأله این‌جاست که رصدها نشان می‌دهند این توده گاز تحت تأثیر میدان مغناطیسی قدرتمندی است و در حال حرکت در یک مدار بسته به دور سیاه‌چاله است.

اتفاقی جالب آن‌که چند روز پس از ثبت رصدهای مربوط به تلسکوپ افق رویداد، یعنی ۱۱ آوریل ۲۰۱۷ رصدخانه پرتو ایکس چاندرا آثار یک فوران (شراره پرتو ایکس) را در همین نزدیکی سیاه‌چاله ثبت کردند.

البته این اولین باری نبود که در رصدهای پرتو ایکس آثار چنین شعله‌های فورانی در آن گستره مشاهده می‌شد. آثار این شراره‌های فورانی در رصدهای پرتو ایکس و فروسرخ توسط تلسکوپ‌ها و رصدخانه‌های مربوطه بارها ثبت و رصد شده بود.

ولی این‌که تقریبا همزمان با آن‌ها رصدهایی در محدوده طول موج بزرگ‌تر در گستره امواج رادیویی مشاهده شود، یک دستاورد جدید بود.

این خوش اقبالی رصدگران آلما بود که اندک زمانی پس از ثبت داده‌هایشان،‌ چنین فورانی دوباره مشاهده می‌شد. این فوران پرتو ایکس کمک می‌کرد تا آن‌ها بتوانند با دقت بیشتری محیط پیرامون سیاه‌چاله مرکزی راه‌شیری را کاوش کنند.

تأییدهای وجود نقطه داغ (حباب گاز داغ)

مدت‌ها بود که تصور می‌شد فوران‌های پرتو ایکس، از برهمکنش‌های مغناطیسی در گاز بسیار داغی که در نزدیکی *Sgr A حرکت می‌کنند، نشأت می‌گیرد. اکنون رصدهای آلما که در حال نشان دادن قطبی بودن این تابش‌های رادیویی است، تأیید کننده خوبی برای این منشاء مغناطیسی است.

از طرفی رصدهایی که قبلا توسط ابزار GRAVITY بر روی تلسکوپ‌های VLT انجام شده بود، نشان می‌داد که در محدوده تابش فروسرخ، آن فوران شراره‌ای، توده‌ای است که با سرعت حدود ۳۰ درصد سرعت نور در جهت عقربه‌های ساعت، یعنی هم جهت با همان چیزی که رصدهای آلما نشان می‌دهند؛ در حال گردش به دور *Sgr A است.

این گروه پژوهشی از دو جنبه کاوش‌های خود را انجام دادند: یکی داده‌های رصدی و دیگر مدل‌سازی کامپیوتری. هر دو روش آن‌ها را به این نتیجه هدایت می‌کرد که حبابی از گاز بسیار داغ (نقطه داغ) در حال گردش به دور سیاه‌چاله مرکزی کهکشان است و ویژگی‌های حرکتی‌اش هم همان است که در ابتدای مطلب بیان شد: در مداری به شعاع مدار عطارد به دور خورشید و دوره تناوب ۷۰ دقیقه که با سرعت مداری حدود ۳۰ درصد سرعت نور در حرکت است.

رصدخانه پارانال
تلسکوپ‌های VLT ـ Credit: ESO/B. Tafreshi

تلسکوپ‌های VLT مجموعه‌ای از چهار تلسکوپ غول‌پیکر با آینه‌هایی به قطر ۸.۲ متر است که برفراز قله پارانال شیلی قرار دارند. این رصدخانه به همراه چند تلسکوپ مهم دیگر، از جمله رصدخانه‌های متعلق به رصدخانه جنوبی اروپاست. عکس را بابک امین‌تفرشی اندکی پس از غروب خورشید در سال ۲۰۱۲ گرفته است. دریچه‌های گنبدها باز شده و تلسکوپ‌ها مشغول آماده‌سازی برای شروع یک شب رصدی هستند.

انیمیشن زیر که براساس برآوردهای اخترشناسان و شبیه‌سازی‌های انجام شده ساخته شده است؛ گردش این حباب گازی داغ به دور سیاه‌چاله ابرسنگین مرکز راه‌شیری را نشان می‌دهد. موقعیت مدار آن نسبت به بخش نارنجی‌رنگ اطراف سیاه‌چاله در مقیاس درست آمده است. همانگونه که در انیمیشن مشاهده می‌کنیم، ستاره‌شناسان پیش‌بینی می‌کنند که این نقطه داغ همانطور که در حال گردش است، کم‌نور و پرنور هم می‌شود.

Credit: EHT Collaboration, ESO/L. Calçada (Acknowledgment: M. Wielgus)

امید به رصدهای آینده

چنین دستاوردهایی از نزدیکی‌های سیاه‌چاله *Sgr A ، بسیار ارزشمند است. زیرا همواره برای ستاره‌شناسان شناخت دقیق قلمرو پیرامون سیاه‌چاله مرکزی کهکشان بسیار با اهمیت و مورد توجه بوده است. اما به علت مشکلات بسیار زیادی که رصد آن ناحیه دارد، دانش ما از آن‌جا اندک است.

مطمئن هستیم که این قلمرو، بسیار شگفت و اعجاب‌آور است و ناشناخته‌های بسیاری برایمان خواهد داشت. چنین رصدها و پژوهش‌هایی به ما سرنخ‌های ارزشمندی از طبیعت پیرامون سیاه‌چاله مرکزی کهکشان می‌دهند. اخترشناسان مطمئن هستند که چنین کاوش‌هایی نیاز به رصدهای آتی بسیار بیشتر و دقیق‌تری دارند تا شناخت ما را متحول و کامل کنند.

این گروه اخترشناسان امیدوارند که در آینده بتوانند این حباب‌های داغ را با تلسکوپ افق رویداد به صورت مستقیم رصد کنند و شناخت دقیق‌تری از آن‌ها به دست آورند. آن‌ها باید منتظر بمانند و ما هم همچنین، تا در آینده دوباره همکاری جهانی تلسکوپ افق رویداد فعال شود و اطلاعات و داده‌های بیشتر و دقیق‌تری را از آن محیط بسیار شگفت و عجیب برایمان ثبت کند.

در کنار آن هم رصدهایی که با تلسکوپ‌های بسیار غول‌پیکر زمینی که در آینده‌ای نزدیک فعال خواهند شد به همراه رصدهای فروسرخ بسیار دقیقی که تلسکوپی همچون جیمزوب می‌تواند انجام دهد، می‌توانند رازهای ناشناختهء زیادی را برایمان آشکار کنند. ما بسیار خوش‌وقتیم که در زمانه‌ای هستیم که چنین امکاناتی را در اختیار داریم. البته نمی‌دانم نوادگان ما که در دورانی به کل متفاوت و پیشرفته‌تر از ما زیست می‌کنند، آسمان را چگونه می‌بینند و دانسته‌های ما را چگونه قضاوت خواهند کرد.

نویسنده: محمد همایونی
۷ مهر ۱۴۰۱

منابع: eso.org , aanda.org

محمد همایونی
کارشناس و مدرس نجوم هستم و اعتقاد دارم که « یک ستاره شناس این جهان را مکانی زیباتر برای زندگی می‌بیند! » و جهت ترویج آن فعالیت می‌کنم.

دیدگاهتان را بنویسید

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

دوره آنلاین مبانی نجوم