به دنبال تاریکی‌ها برای کشف سیاه‌چاله‌ها

منتشر‌شده در nytimes.com به تاریخ ۳ مارس ۲۰۲۱
لینک منبع : Hunting for a Giant Black Hole, Astronomers Found a Nest of Darkness

اخیرا دو ستاره‌شناس به دنبال یک سیاه‌چاله بزرگ رفتند. آن‌ها داده‌های حاصل از تلسکوپ‌های بسیار قدرتمند بر روی و بالای زمین را برای هر نشانه‌ای از یک شی نامریی صدها برابر جرم خورشید در یک ابر دور از ستارگان به نام NGC ۶۳۹۷ بررسی کردند.

در عوض، آن‌ها یک لانه کوچک پیدا کردند، به اندازه پنج هزار: موتورهای تاریک نابودی، در فضایی که به سختی از منظومه شمسی ما بزرگ‌تر بود، وزوز‌کنان به عقب‌و‌جلو می‌رفتند و وزن قابل‌توجه خود را در هسته متراکم خوشه ستاره‌ای به اطراف پرت می‌کردند.

ادواردو ویتال و گری‌آ‌مامون از موسسه فیزیک نجومی پاریس، با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی هابل و فضاپیمای گایای آژانس فضایی اروپا، نتایج خود را در تاریخ ۱۱ فوریه در مجله ستاره‌شناسی و فیزیک نجومی گزارش کردند. آقای ویتال، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، در یک خبر منتشر شده از موسسه علوم تلسکوپ فضایی گفت: «ما شواهد بسیار قوی برای یک توده نامریی در هسته متراکم خوشه کروی پیدا کردیم.» «اما ما از اینکه متوجه شدیم این جرم اضافی نقطه مانند نیست، شگفت‌زده شدیم.»

نتیجه شگفت‌انگیز به ستاره‌شناسان نگاه منحصر به فرد و دقیقی به دینامیک حاکم بر یکی از شلوغ‌ترین مکان‌های جهان نزدیک را داده است. کار آن‌ها نشان می‌دهد که چنین خوشه‌هایی منبع احتمالی امواج گرانشی هستند که توسط آنتن‌هایی مانند LIGO و سنبله در سال‌های اخیر شناسایی شده‌اند و از برخورد سیاه‌چاله‌ها منشا گرفته‌اند.

اما این کشف سوالاتی را در مورد فرآیند فرضی و گیج‌کننده ایجاد می‌کند که به وسیله آن سیاه‌چاله‌های کوچک، که تنها چند برابر جرم خورشید است، می‌توانند ادغام شوند و تبدیل به توده‌هایی شوند که بر مراکز کهکشان‌ها تسلط دارند و این قدرت را به اختروش‌ها می‌دهد. سیاه‌چاله‌ها، همانطور که توسط نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین پیش‌بینی شده است، اشیائی با جاذبه بسیار قوی هستند که حتی نور هم نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند. زمانی وجود آن‌ها مورد تردید بود، اما اکنون ستاره‌شناسان توافق دارند که جهان با آن‌ها مانند چاله‌های فضا-زمان خالکوبی شده است. بیشتر آن‌ها ستاره‌های مرده‌ای هستند که روی خودشان فرو می‌ریزند و بعد از سوزاندن تمام سوخت دما-هسته‌ای‌شان ناپدید می‌شوند، و فقط چند برابر بیشتر از خورشید جرم دارند.

اما سیاه‌چاله‌های دیگری نیز وجود دارند، با توده‌ای از میلیون‌ها یا میلیاردها خورشید، که در مرکز کهکشان‌ها قرار گرفته‌اند. به نظر می‌رسد که رابطه‌ای بین اندازه یک کهکشان و جرم سیاهچاله در قلبش وجود دارد اما هیچ‌کس نمی‌داند چرا و چگونه چنین سوراخ‌های بزرگی شکل می‌گیرند.

یک ایده این است که این سیاه‌چاله‌های ابر پرجرم از سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر و به اندازه ستاره‌ای رشد کرده‌اند، که در این صورت باید سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط وجود داشته باشند - صدها یا هزاران خورشید که ارزش شناور شدن دارند- شاید در هسته کهکشان‌های کوچک‌تر یا قطعات کهکشانی مانندNGC ۶۳۹۷.

اما تا‌کنون این سیاه‌چاله‌های میانی در عمل گم شده‌اند. خوشه NGC ۶۳۹۷ یکی از حدود ۱۵۰ ابر کروی از ستارگان باستانی است که در مدار کهکشان راه شیری قرار دارند و شاید پیش از شکل‌گیری آن قرار گرفته‌اند. این سیاره ۱۳میلیارد سال قدمت دارد و حدود ۲۵۰هزار ستاره دارد که همه آن‌ها قدیمی، کوچک و کم‌نور هستند.

ممکن است به مطالعه مقاله رد پای نوترینوی کیهانی نادر به سیاهچاله‌های ستاره‌ای رسید نیز علاقمند باشید.

ستاره‌های روشن‌تر و سنگین‌تر در خوشه، مدت‌ها پیش، زندگی خود را به آتش کشیدند و به سرنوشت خود به عنوان سیاه‌چاله‌ها یا دیگر محصولات فروپاشی ستاره‌ای دست یافتند. بنابراین خوشه یک کاندید احتمالی برای پناه دادن به یک سیاه‌چاله با جرم متوسط است.

در واقع، مطالعات قبلی نشان داده بودند که یک سیاه‌چاله در حدود ۶۰۰ توده خورشیدی به مرکز NGC ۶۳۹۷ لنگر انداخته است. برای بررسی این ایده، دکتر مامون و دانشجویانش به مشاهدات با وضوح بالا از حرکات تک‌تک ستارگان در خوشه، که توسط تلسکوپ فضایی هابل و گایا به دست آمده است، روی آوردند.

هرچه ستاره‌ها سریع‌تر حرکت می‌کردند، نیروی گرانشی و در نتیجه جرم بیشتری برای نگه داشتن آن‌ها در خوشه وجود داشت. در کل، ۱،۹۰۵ستاره از کاتالوگ گایا و ۷،۲۰۹ستاره از هابل مورد ارزیابی قرار گرفتند. همانطور که معلوم شد، آن‌ها در واقع تحت‌تاثیر جاذبه یک جرم نامریی بودند. هیچ نشانی از یک سیاه‌چاله بزرگ نبود.

دکتر مامون در یک ایمیل گفت: «تجزیه و تحلیل ما نشان داد که مدارهای ستارگان به صورت تصادفی در سراسر خوشه کروی به جای دایره‌ای سیستماتیک یا بسیار کشیده نزدیک هستند.»

حرکات این ستارگان نشان می‌دهد که جرم تاریک برابر با ۱۸۰۰خورشید است که در یک منطقه گسترده شده‌اند - ابری در داخل ابر- در حدود یک سوم از یک سال نوری. به اشتراک گذاری این فضا حدود ۴۰۰۰۰ ستاره معمولی، نورانی اما بسیار سبک است. بر اساس مدل‌های تکامل ستاره‌ای، دکتر مامون گفت، حدود دو سوم این ماده تاریک می‌تواند سیاه‌چاله با جرم متوسط ۲۰خورشید باشد. بقیه مواد تاریک بقایای ستاره‌های مرده مثل کوتوله‌های سفید یا ستاره‌های نوترونی هستند.

ستاره‌شناسان گفتند که آنچه بعدا رخ خواهد داد روشن نیست. ادغام تصادفی بین سیاه‌چاله‌ها می‌تواند باعث شود که آن‌ها جرم خود را به شکل امواج گرانشی از دست بدهند. چنین ادغام‌هایی همچنین می‌تواند برخی از سیاه‌چاله‌ها را از خوشه خارج کند. و فعل و انفعالات گرانشی با ستاره‌های با جرم کم‌تر در خوشه می‌تواند باعث شود که آن‌ها سرعت خود را از دست بدهند و به مرکز خوشه در فرایندی به نام «اصطکاک دینامیکی» سقوط کنند.

دکتر مامون گفت: «این ممکن است در عرض چند میلیون سال، سیاه‌چاله‌ها را به مرکز وارد کند، جایی که آن‌ها در یک سیاه‌چاله با جرم متوسط ادغام می‌شوند.»

اما آن پنجره زمانی در مقایسه با ۱۳ میلیارد سالی که این خوشه وجود داشته‌است، چیزی نیست، دکتر مامون اشاره کرد، بنابراین اگر ستاره‌شناسان در لحظه دقیق که این اقدام کوتاه در حال وقوع است، بر روی خوشه تمرکز کنند، «خوش‌شانس» خواهند بود. این واقعیت که تا به حال یک سیاه‌چاله با جرم متوسط در آنجا وجود ندارد، نشان می‌دهد که فرد ممکن است هرگز تشکیل نشود. فرو رفتن سیاه‌چاله‌ها به سمت مرکز ممکن است متوقف شود چون سیاه‌چاله‌ها با تعداد کمی ستاره مواجه می‌شوند تا انرژی خود را با آن مبادله کنند و این امر از تشکیل یک IMBH جلوگیری می‌کند.

آقای ویتال افزود: کشف ما از این غلظت نامرئی در یک خوشه مرکزی-کروی مطمئنا چیزی است که ما را در مورد بسیاری از ایده‌های تشکیل سیاه‌چاله‌های جرم متوسط شگفت‌زده می‌کند!

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله نجوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.