آیا راز سیاه‌چاله‌ها کشف شد؟ کشف سیاه‌چاله‌ در خوشه کهکشانی!

آیا مناقشه‌ای چند دهه‌ای درباره حرکات مرموز ستاره‌ها در اوMega Centauri حل خواهد شد؟

اوMega Centauri، بزرگ‌ترین خوشه ستاره‌ای در کهکشان راه شیری، با نزدیک به ده میلیون ستاره در صورت فلکی قنطورس قرار دارد. برای مدت طولانی، محققان متوجه شده‌اند که سرعت ستاره‌هایی که در نزدیکی مرکز اوMega Centauri حرکت می‌کنند، بیشتر از حد انتظار است. اما مشخص نبود که آیا این موضوع ناشی از وجود یک سیاه‌چاله با جرم میانگین (IMBH) به وزن صد هزار برابر جرم خورشید است یا یک خوشه از سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای که هر کدام فقط چند برابر جرم خورشید وزن دارند.

انتظار می‌رود که یک خوشه از سیاه‌چاله‌ها در مرکز اوMega Centauri به دلیل تکامل ستاره‌ای شکل بگیرد. اما ستاره‌شناسان بر این باور بودند که بیشتر آن‌ها به دلیل تعاملات شلیک‌مانند با ستاره‌های دیگر از مرکز خارج خواهند شد. به همین دلیل، وجود یک سیاه‌چاله با جرم میانگین به عنوان راه‌حل محتمل‌تر به نظر می‌رسید. این احتمال زمانی بیشتر شد که شواهد جدیدی از ستاره‌های پرسرعت در نزدیکی مرکز اوMega Centauri به دست آمد، که ممکن است برای رسیدن به این سرعت‌های بالا نیاز به تعامل با یک سیاه‌چاله با جرم میانگین داشته باشند.

چرا سیاه‌چاله‌های با جرم میانگین مهم هستند؟

سیاه‌چاله‌های با جرم میانگین (IMBH) برای ستاره‌شناسان هیجان‌انگیز هستند زیرا ممکن است «پیوند گمشده» بین سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای و سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده‌جرم باشند. سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای از مرگ ستاره‌های بزرگ تشکیل می‌شوند و با استفاده از تکنیک‌های مختلفی شناسایی شده‌اند. سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده‌جرم در مراکز کهکشان‌های بزرگ یافت می‌شوند و می‌توانند میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید وزن داشته باشند. در حال حاضر نمی‌دانیم که سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده‌جرم چگونه شکل می‌گیرند یا آیا زندگی خود را به عنوان سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای آغاز می‌کنند یا خیر. یافتن یک IMBH می‌تواند این معمای کیهانی را حل کند.

تحقیقات جدید و داده‌های تازه

تحقیقات جدیدی که شامل دانشگاه ساری می‌شود، به بررسی دوباره سرعت‌های غیرعادی ستاره‌ها در مرکز اوMega Centauri پرداخته است، اما این بار از داده‌های جدید استفاده کرده است. محققان برای اولین بار داده‌های سرعت غیرعادی را با داده‌های جدیدی از شتاب‌های پالسارها ترکیب کردند. پالسارها، مانند سیاه‌چاله‌ها، از ستاره‌های در حال مرگ تشکیل می‌شوند. با وزنی تا دو برابر جرم خورشید، آن‌ها تنها ۲۰ کیلومتر عرض دارند و می‌توانند تا ۷۰۰ بار در ثانیه بچرخند.

پالسارها: ساعت‌های طبیعی که راز سیاه‌چاله‌ها را فاش می‌کنند

پالسارها در حین چرخش خود، امواج رادیویی را در امتداد محور چرخش خود منتشر می‌کنند، درست مانند یک یویو. پرتوهای رادیویی آن‌ها مانند یک فانوس دریایی از کنار زمین عبور می‌کند و به ما این امکان را می‌دهد که آن‌ها را شناسایی کنیم. پالسارها ساعت‌های طبیعی هستند که دقت آن‌ها تقریباً به دقت ساعت‌های اتمی روی زمین نزدیک است. با اندازه‌گیری دقیق تغییرات در نرخ چرخش آن‌ها، ستاره‌شناسان می‌توانند محاسبه کنند که پالسارها چگونه شتاب می‌گیرند و به‌طور مستقیم به بررسی قدرت میدان گرانشی در مرکز او مگا سنتوری می‌پردازند.

با ترکیب این اندازه‌گیری‌های جدید شتاب با سرعت‌های ستاره‌ای، محققان از دانشگاه Surrey، Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) در اسپانیا و Laboratoire de Physique Théorique LAPTh در آنسی فرانسه توانستند تفاوت بین یک سیاه‌چاله با جرم میان‌گین (IMBH) و یک خوشه از سیاه‌چاله‌ها را تشخیص دهند و به‌طور خاص به دومی تمایل پیدا کردند. پروفسور جاستین رید، یکی از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه Surrey، گفت: “جستجو برای سیاه‌چاله‌های میان‌گین همچنان ادامه دارد. ممکن است هنوز یکی در مرکز او مگا سنتوری وجود داشته باشد، اما کار ما نشان می‌دهد که باید کمتر از حدود شش هزار برابر جرم خورشید باشد و در کنار یک خوشه از سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای زندگی کند. با این حال، احتمال پیدا کردن یکی از آن‌ها به زودی وجود دارد. شتاب‌های بیشتری از پالسارها در حال آمدن است که به ما اجازه می‌دهد به عمق خوشه‌های ستاره‌ای متراکم نگاه کنیم و با دقت بیشتری به جستجوی سیاه‌چاله‌ها بپردازیم.”

آندرس بانارس-هرناندز، نویسنده اصلی این مطالعه از IAC، گفت: “ما مدت‌هاست که از وجود سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ در مراکز کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای کوچکتر در کهکشان خودمان آگاه هستیم. با این حال، ایده سیاه‌چاله‌های با جرم میان‌گین که می‌تواند فاصله بین این دو حد را پر کند، هنوز اثبات نشده است.”

“با مطالعه او مگا سنتوری – که بقایای یک کهکشان کوتوله است – توانسته‌ایم روش‌های خود را بهبود بخشیم و یک قدم به جلو در درک اینکه آیا چنین سیاه‌چاله‌هایی وجود دارند و چه نقشی ممکن است در تکامل خوشه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌ها ایفا کنند، برداریم. این کار به حل یک بحث دو دهه‌ای کمک می‌کند و درهای جدیدی برای اکتشافات آینده باز می‌کند.”

“تشکیل پالسارها نیز یک زمینه فعال برای مطالعه است، زیرا تعداد زیادی از آن‌ها اخیراً شناسایی شده‌اند. او مگا سنتوری محیطی ایده‌آل برای مطالعه مدل‌های تشکیل آن‌ها است که ما توانسته‌ایم برای اولین بار در تحلیل خود انجام دهیم.”