فناوری

کشف لانه‌ای پر از سیاه‌چاله‌ که اخترشناسان را متعجب کرده است

هیچ غولی در قلب خوشه NGC 6397 سکونت ندارد؛ در عوض، به نظر می‌رسد چندین سیاه‌چاله آنجا دور هم جمع شده‌اند. دو ستاره‌شناس اخیرا سعی در پیدا کردن یک سیاه‌چاله عظیم داشتند. آن‌ها داده‌های فراوانی را از قدرتمندترین تلسکوپ‌ها دستچین کردند تا هرگونه نشانه‌ای از یک جسم نامرئی با صدها برابر جرم خورشید در خوشه ستاره‌ای دوردستی به نام NGC 6397 پیدا کنند.

آن‌ها توده‌ای پر از بچه هیولا پیدا کردند! چیزی حدود ۶۰ سیاه‌چاله: موتورهای مکنده تاریک در فضایی که به سختی از منظومه شمسی خودمان بزرگتر است و جرم‌شان را در هسته متراکم این خوشه ستاره‌ای پخش می‌کنند.

ادواردو ویترال (Eduardo Vitral) و گری ای. مامون (Gary A. Mamon) از انستیتوی اختر‌شناسی پاریس با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی هابل و فضاپیمای گالا متعلق به آزانس فضایی اروپا، نتایج تحقیق خودشان را در ۱۱ فوریه در ژورنال ستاره‌شناسی و نجوم (Journal Astronomy and Astrophysics) منتشر کردند.

ویترال، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، در یکی از خبرهایی که در انستیتوی علم تلسکوپ فضایی منتشر شده گفت: «ما شواهد محکمی از وجود یک جرم نامرئی در هسته متراکم این خوشه پیدا کردیم. اما بسیار شگفت‌زده شدیم وقتی فهمیدیم که جرم بزرگ به صورت نقطه‌ای نیست.»

این نتایج شگفت‌انگیز یک دید بسیار منحصر به فرد و جزئی از دینامیک غالب در یکی از شلوغ‌ترین مکان‌های فضای اطراف ما برای ستاره‌شناسان فراهم کرده‌اند. کار این محققان نشان می‌دهد که این توده‌ها به احتمال زیاد منبع امواج گرانشی هستند که آنتن‌هایی مثل LIGO و ویرگو (Virgo) در سال‌های اخیر کشف‌کرده‌اند و از برخورد سیاه‌چاله‌ها ناشی می‌شوند.

اما این کشف سوالاتی را درباره فرایند پیچیده‌ای که پیش از این درباره شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کوچک، با جرمی فقط چند برابر خورشید، وجود داشت، و چگونگی تبدیل آن‌ها به غول‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها حکمرانی می‌کنند یا به اختروش‌ها نیرو می‌بخشند ایجاد می‌کند.

همانطور که نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌کند، سیاه‌چاله‌ها اشیایی هستند با گرانشی چنان زیاد که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند. قبل‌ها در وجود سیاه‌چاله‌ها شک و شبهه وجود داشت، اما حالا چنین نیست.

سیاه‌چاله‌های دیگری با جرم‌هایی چندین میلیون یا میلیارد برابر خورشید نیز وجود دارند که در مرکز کهکشان‌ها جا خوش کرده‌اند. به نظر می‌رسد بین اندازه کهکشان و سیاه‌چاله‌ای که در مرکز آن است یک همبستگی وجود دارد، اما هیچ‌کس نمی‌داند چرا یا چطور این سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر شکل می‌گیرند؟

یک ایده این است که این ابرسیاه‌چاله‌ها از سیاه‌چاله‌های کوچکتر و در حد و اندازه ستاره‌ها به وجود آمده‌اند، که در این صورت باید سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط – صدها تا هزاران برابر جرم خورشید – احتمالا در مرکز کهکشان‌های کوچکتر یا بخش‌هایی از کهکشان‌ها وجود داشته باشد. اما تا به حال که اثری از آن‌ها پیدا نشده است.

خوشه NGC 6397 یکی از ۱۵۰ خوشه کروی متشکل از ستاره‌های پیر است که به دور کهکشان راه شیری می‌گردند و احتمالا پیش از شکل‌گیری آن هم وجود داشته‌اند. NGC 6397  شامل ۲۵۰۰۰۰ ستاره است که همه آن‌ها قدیمی، کوچک و کم‌نور هستند. ستاره‌های بزرگ و سنگین این خوشه مدت‌هاست که پایانشان فرارسیده و یا تبدیل به سیاه‌چاله شده‌اند یا چیزهای دیگری که بعد از مرگ برای یک ستاره اتفاق می‌افتد.

پس این خوشه به احتمال زیاد یک کاندید خوب برای پیدا کردن سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط است. در حقیقت مطالعه‌های پیش از این پیشنهاد می‌کردند که یک سیاه‌چاله با جرم حدود ۶۰۰ برابر جرم خورشید در مرکز NGC 6397 وجود دارد.

برای بررسی این ایده دکتر مامون و دانشجویش به سراغ داده‌های تلسکوپ فضایی هابل و گایا از حرکت ستاره‌های این خوشه رفتند. هر قدر ستاره‌ها سریع‌تر حرکت کنند، نیروی گرانشی بیشتر است، پس باید جرم بیشتری در کار باشد تا آن‌ها را درون خوشه نگه دارد.

در مجموع، ۱۹۰۵ ستاره از لیست گایا و ۷۲۰۹ ستاره از هابل مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص شد که آن‌ها به طور قطع تحت تاثیر نیروی گرانشی یک جرم نامرئی بودند؛ اما به جای گردش دور یک نقطه تاریک، ستاره‌ها طوری حرکت می‌کردند که به نظر می‌رسید جرمی که بر آن‌ها تاثیر می‌گذارد متمرکز نیست و در حقیقت گسترده است. هیچ اثری از یک سیاه‌چاله غول‌پیکر وجود نداشت.

دکتر مامون می‌گوید «تحلیل ما مشخص کرد که گردش ستاره‌ها به جای این که به طور سیستماتیک دایره‌ای یا بیضوی باشد، به طور تصادفی حول یک توده جرم اتفاق می‌افتد.»

حرکت این ستاره‌ها گواهی است بر وجود یک جرم تاریک به اندازه ۱۸۰۰ برابر خورشید که در یک ناحیه به قطر یک سوم سال نوری گسترده شده است. چیزی در حدود ۴۰۰۰۰ ستاره با درخشش متوسط و وزن بسیار پایین حول این فضا در گردش هستند. به گفته دکتر مامون، دو سوم این جرم تاریک سیاه‌چاله‌هایی با متوسط جرم ۲۰ برابر خورشید هستند. بقیه این جرم بقایای ستارگان مرده و همچنین کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی خواهند بود.

به گفته این ستاره‌شناسان، این که در ادامه چه اتفاقی خواهد افتاد مشخص نیست. برخوردهای تصادفی سیاه‌چاله‌ها می‌تواند باعث شود جرمشان را در غالب امواج گرانشی از دست بدهند. این گونه ترکیب‌ها همچنین باعث خواهد شد برخی از سیاه‌چاله‌ها از خوشه به بیرون رانده شوند.

برهمکنش گرانشی با ستاره‌های سبک‌تر درون خوشه می‌تواند باعث از دست رفتن سرعت آن‌ها و کشیده شدن به سمت مرکز خوشه شود؛ فرایندی که به آن «اصطکاک دینامیکی» گفته می‌شود. به گفته دکتر مانون «این می‌تواند باعث شود در چند میلیون سال آینده سیاه‌چاله‌ها در مرکز متمرکز شوند و یک سیاه‌چاله با جرم متوسط شکل بگیرد.»

اما او همچنین اشاره می‌کند که این بازه زمانی در برابر ۱۳ میلیارد سالی که این خوشه وجود داشته هیچ است. پس اگر الان ستاره‌شناسان توانسته باشند چنین فرایند کوتاهی را آن‌جا شناسایی کنند، بسیار «خوش‌شانس» هستند. این حقیقت که هیچ سیاه‌چاله متوسطی تا الان آن‌جا شکل نگرفته می‌تواند به این معنی باشد که این اتفاق هیچگاه رخ نخواهد داد. تمرکز سیاه‌چاله‌ها در مرکز شاید باعث شود سیاه‌چاله‌ها ستاره‌های بسیار کمی برای تبادل جرم در اطراف خود داشته باشند و «این مانعی است برای شکل‌گیری یک سیاه‌چاله با جرم متوسط.»

آقای ویترال اضافه می‌کند: «کشف این تمرکز جرم نامریی در یک خوشه کروی فروپاشی هسته‌ای قطعا چیزی است که ما را وادار می‌کند در بسیاری از فرضیه‌هایمان درباره شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط تجدید نظر کنیم!»

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا