ستاره‌شناسان تولد یک سیاهچاله را مشاهده کردند

منتشر شده در thenextweb به تاریخ ۱۳ ژانویه ۲۰۲۲
لینک منبع Astronomers may have witnessed the birth of a black hole

ستاره شناسان به طور فزاینده‌ای پرده‌های روی سیاه‌چاله‌ها را کنار می‌کشند و حقایق آن‌ها را آشکار می‌کنند. در چند سال گذشته، ما در نهایت عکس‌های واقعی این موجودات ترسناک را گرفتیم و امواج گرانشی-امواج در فضا-زمان-را اندازه‌گیری کردیم که آن‌ها در هنگام برخورد ایجاد می‌کنند. اما هنوز چیزهای زیادی در مورد سیاه‌چاله‌ها نمی‌دانیم. یکی از بزرگ‌ترین معماها این است که آن‌ها دقیقا چگونه در وهله اول شکل می‌گیرند.

من و همکارانم اکنون باور داریم که ما این فرآیند را مشاهده کرده‌ایم، و برخی از بهترین نشانه‌ها را برای آنچه دقیقا اتفاق می‌افتد زمانی که یک سیاهچاله شکل می‌گیرد، فراهم کرده‌ایم. نتایج ما در دو مقاله در طبیعت و مجله استروفیزیکی منتشر شده‌است.

ستاره شناسان، هم براساس مشاهدات و هم براساس تئوری، بر این باورند که بیشتر سیاه‌چاله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که مرکز یک ستاره عظیم در پایان عمرش فرو می‌ریزد. هسته ستاره معمولاً با استفاده از گرمای واکنش‌های هسته‌ای شدید فشار یا پشتیبانی می‌کند. اما هنگامی که سوخت چنین ستاره‌ای تمام می شود و واکنش‌های هسته‌ای متوقف می‌شود، لایه‌های داخلی ستاره تحت تأثیر گرانش به سمت داخل فرو می‌ریزند و تا چگالی‌های خارق‌العاده‌ای خرد می‌شوند.

بیشتر اوقات، این فروپاشی فاجعه‌بار زمانی متوقف می‌شود که هسته ستاره به یک کره جامد ماده، غنی از ذراتی به نام نوترون‌ها، متراکم می‌شود. این منجر به انفجار ارتجاعی قدرتمندی می‌شود که ستاره (ابرنواختر) را نابود می‌کند و پشت یک شی عجیب و غریب به نام ستاره نوترونی قرار می‌گیرد. اما مدل‌های ستاره‌های در حال مرگ نشان می‌دهند که اگر ستاره اصلی به اندازه کافی جرم داشته باشد (۴۰ تا ۵۰ برابر جرم خورشید) ، فروپاشی به سادگی تا زمانی ادامه خواهد یافت که ستاره به یک نقطه تکینگی گرانشی -یک سیاهچاله- خرد شود.

نظریه‌های انفجاری

در حالی که ستاره‌هایی که در حال فروپاشی هستند تا ستاره‌های نوترونی را تشکیل دهند، در حال حاضر به طور معمول در سراسر جهان مشاهده می‌شوند (بررسی ابرنواختر ده‌ها ستاره جدید را هر شب پیدا می‌کند) ، ستاره شناسان هنوز کاملا مطمئن نیستند که در طول فروپاشی یک سیاهچاله چه اتفاقی می‌افتد. برخی مدل‌های بدبینانه نشان می‌دهند که کل ستاره بدون هیچ اثری بلعیده می‌شود. برخی دیگر پیشنهاد می‌کنند که فروپاشی به یک سیاهچاله نوعی انفجار دیگر را ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، اگر ستاره در زمان فروپاشی در حال چرخش باشد، ممکن است برخی از مواد در حال سقوط در فواره‌هایی متمرکز شوند که با سرعت بالا از ستاره فرار می‌کنند. در حالی که این جت‌ها جرم زیادی ندارند، یک مشت بزرگ به وجود می‌آورند: اگر به چیزی برخورد کنند، تاثیرات آن ممکن است از نظر انرژی آزاد شده کاملا چشمگیر باشد.

تا به حال، بهترین کاندید برای انفجار از زمان تولد یک سیاهچاله، پدیده عجیبی بوده است که به نام انفجار پرتو گاما طولانی مدت شناخته می‌شود. برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ توسط ماهواره‌های نظامی کشف شد، فرض بر این بود که این رویدادها از فوران‌هایی ناشی می‌شوند که سرعت آن‌ها به سرعت در حال افزایش است و توسط سیاه‌چاله‌های تازه‌تشکیل‌شده در ستاره‌های در حال فروپاشی ایجاد شده‌اند. با این حال، یک مشکل دیرینه با این سناریو این است که اشعه گاما همچنین بقایای رادیواکتیو فراوانی را که تا ماه‌ها می‌درخشند، بیرون می‌کند. این نشان می‌دهد که بیشتر ستاره به سمت بیرون از فضا (مانند ابرنواختر معمولی) منفجر می‌شود، به جای این که به سمت داخل به یک سیاهچاله سقوط کند.

در حالی که این به این معنی نیست که یک سیاهچاله نمی‌تواند در چنین انفجاری تشکیل شود، برخی نتیجه‌گیری کرده‌اند که مدل‌های دیگر توضیح طبیعی‌تری برای انفجارهای اشعه گاما نسبت به تشکیل یک سیاهچاله ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، یک ستاره نوترونی فوق مغناطیسه می‌تواند در چنین انفجاری تشکیل شود و فواره‌های قدرتمندی از خودش تولید کند.

معما حل شد؟

با این حال، من و همکارانم اخیرا یک رویداد جدید و (به نظر ما) کاندیدای بسیار بهتری برای ایجاد یک سیاهچاله کشف کرده‌ایم. در دو موقعیت جداگانه در سه سال گذشته -یک‌بار در سال ۲۰۱۹ و یک‌بار در سال ۲۰۲۱- ما شاهد یک نوع انفجار فوق‌العاده سریع و زودگذر بودیم که دقیقاً مانند انفجارهای پرتو گاما، از مقدار کمی ماده با حرکت بسیار سریع که در محیط اطراف خود به گاز برخورد می‌کرد، سرچشمه می‌گرفت.

با استفاده از طیف‌سنجی -تکنیکی که نور را به طول‌موج‌های مختلف تجزیه می‌کند- می‌توانیم ترکیب ستاره‌ای که برای هر یک از این رویدادها منفجر می‌شود را استنباط کنیم. ما کشف کردیم که این طیف بسیار شبیه به به اصطلاح «ستاره‌های گرگ-رایت» است-یک نوع ستاره بسیار بزرگ و بسیار تکامل‌یافته، که به نام دو ستاره، یعنی گرگ چارلز و جورج رایت نامگذاری شده بود، که برای اولین بار آن‌ها را کشف کردند. به طرز هیجان انگیزی، ما حتی توانستیم یک انفجار ابرنواختری "عادی" را رد کنیم. به محض اینکه برخورد بین مواد سریع و محیط اطراف آن متوقف شد، منبع عملا ناپدید شد-به جای این که برای مدت طولانی بدرخشد.

این دقیقاً همان چیزی است که اگر ستاره در حین فروپاشی هسته خود فقط مقدار کمی از ماده را به بیرون پرتاب کند و بقیه جسم به سمت پایین به داخل سیاهچاله‌ای عظیم سقوط کند، انتظار می‌رود.

اگرچه این تفسیر مورد علاقه ما است، اما تنها احتمال نیست. ساده‌ترین آن‌ها این است که انفجار یک ابرنواختر معمولی بود، اما پوسته بزرگی از گرد و غبار در برخورد شکل گرفت، و بقایای رادیواکتیو را از دید پنهان کرد. همچنین ممکن است که انفجار از نوع جدید و ناآشنایی باشد، که از ستاره‌ای نشات می‌گیرد که ما با آن آشنا نیستیم.

برای پاسخ به این سوالات، ما باید به دنبال اشیا بیشتری از این دست باشیم. تا کنون مطالعه این نوع انفجارها دشوار بوده‌است، زیرا آن‌ها زودگذر و پیدا کردن آن‌ها دشوار است. برای توصیف این انفجارها مجبور شدیم از چندین رصدخانه پشت سر هم استفاده کنیم: تأسیسات گذرا Zwicky برای کشف آن‌ها، تلسکوپ لیورپول و تلسکوپ نوری نوردیک برای تایید ماهیت آن‌ها و رصدخانه‌های بزرگ با وضوح بالا (تلسکوپ فضایی هابل، رصدخانه جمینی و تلسکوپ بسیار بزرگ) برای تجزیه و تحلیل ترکیب آن‌ها.

در حالی که ما در ابتدا دقیقا نمی‌دانستیم وقتی برای اولین بار این وقایع را کشف کردیم چه چیزی را می‌بینیم، اکنون یک فرضیه روشن داریم: تولد یک سیاهچاله.

داده‌های بیشتر از رویدادهای مشابه ممکن است به زودی به ما کمک کند تا این فرضیه را تایید یا تکمیل کنیم و ارتباط آن را با انواع دیگر انفجارهای سریع و غیر معمول که تیم ما و دیگران پیدا کرده‌اند، برقرار کنیم. در هر صورت، به نظر می‌رسد که این واقعا دهه‌ای است که ما اسرار سیاه‌چاله‌ها را کشف می‌کنیم.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات علمی 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.