آیا سیاه‌چاله‌ای غول‌پیکر در قلب امگا قنطورس پنهان شده است؟

آیا معمای چند دهه‌ایِ حرکاتِ اسرارآمیزِ ستاره‌ها در اُمگا قنطورس حل می‌شود؟

اُمگا قنطورس، بزرگ‌ترین گردآیهٔ ستاره‌ای در کهکشان راه شیری‌مون، با نزدیک ده میلیون ستاره توی صورت فلکی قنطورس قرار داره. مدتی طولانی بود که پژوهشگرا متوجه شده بودن سرعت ستاره‌هایی که نزدیک مرکز اُمگا قنطورس دارن حرکت می‌کنن، از اون چیزی که انتظار می‌رفت بیشتره. ولی معلوم نبود که این قضیه بخاطر وجود یه سیاه‌چاله با جرم متوسط (IMBH) با وزن صد هزار برابر جرم خورشید هست یا یه دسته سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای که هر کدومشون فقط چند برابر جرم خورشید وزن دارن.

انتظار می‌ره یه دسته سیاه‌چاله توی مرکز اُمگا قنطورس به دلیل تکامل ستاره‌ای شکل گرفته باشن. اما اخترشناسا معتقد بودن که بیشترشون به خاطر برخوردای پرتوی‌گونه با ستاره‌های دیگه از مرکز دور میشن. به همین دلیل، وجود یه سیاه‌چاله با جرم متوسط، به‌عنوان راه‌حل محتمل‌تر به نظر می‌رسید. این احتمال وقتی بیشتر شد که مدارک جدیدی از ستاره‌های تندرو نزدیک مرکز اُمگا قنطورس به دست اومد، ستاره‌هایی که احتمالاً برای رسیدن به این سرعت‌های بالا نیاز داشتن با یه سیاه‌چاله با جرم متوسط تعامل داشته باشن.

اهمیت سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط چیه؟

سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط (IMBH) برای اخترشناسا خیلی هیجان‌انگیز هستن چون ممکنه «حلقهٔ گمشده» بین سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم باشن. سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای از مرگ ستاره‌های بزرگ درست میشن و با روش‌های مختلفی شناسایی شدن. سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم توی مرکز کهکشان‌های بزرگ پیدا میشن و می‌تونن میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید وزن داشته باشن. فعلاً نمی‌دونیم که سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم چطور شکل می‌گیرن یا اینکه از اول به شکل سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای بودن یا نه. پیدا کردن یه IMBH می‌تونه این معمای کیهانی رو حل کنه.

مطالعات جدید و داده‌های تازه

تحقیقات جدید (که دانشگاه سوری هم توی این قضیه دخیل بوده) اومده دوباره سرعت‌های غیرعادی ستاره‌ها تو مرکز اُمگا قنطورس رو بررسی کرده، اما این بار از داده‌های جدید استفاده شده. پژوهشگرا برای اولین‌بار داده‌های سرعت غیرعادی رو با اطلاعات جدید درباره شتاب پالسارها ترکیب کردن. پالسارها، مثل سیاه‌چاله‌ها، از ستاره‌های در حال مرگ به وجود میان. وزنشون تا دو برابر جرم خورشیده، و فقط بیست کیلومتر قطر دارن و می‌تونن تا ۷۰۰ بار در ثانیه دور خودشون بچرخند.

پالسارها: ساعت‌های طبیعی که راز سیاه‌چاله‌ها رو برملا می‌کنن

پالسارها حین چرخیدن‌شون، امواج رادیویی رو توی امتداد محور گردش‌شون پخش می‌کنن، درست مثل یه یویو. پرتوهای رادیوییشون مثل یه فانوس دریایی از کنار زمین رد میشه و این امکان رو به ما میده که بتونیم پیداشون کنیم. پالسارها ساعت‌های طبیعی هستن که دقت‌شون تقریباً به دقت ساعت‌های اتمی روی زمین نزدیکه. با اندازه‌گیری دقیق تغییرات توی سرعت چرخش‌شون، اخترشناسا می‌تونن حساب کنن که پالسارها چطوری شتاب می‌گیرن و بطور مستقیم به بررسی نیروی گرانشی توی مرکز اُمگا قنطورس می‌پردازن.

با ترکیب این اندازه‌گیری‌های جدید شتاب با سرعت‌های ستاره‌ای، پژوهشگرای دانشگاه Surrey، Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) تو اسپانیا و Laboratoire de Physique Théorique LAPTh در آنسیِ فرانسه تونستن تفاوت بین یه سیاه‌چاله با جرم متوسط (IMBH) و یه دسته از سیاه‌چاله‌ها رو تشخیص بدن و به‌طور خاص به دومی تمایل پیدا کردن. پروفسور جاستین رید، یکی از نویسنده‌های این مطالعه از دانشگاه Surrey، گفت: “جستجو برای سیاهچاله‌های میان‌وزنی هنوز ادامه داره. ممکنه هنوز یکی توی مرکز امگا قنطورس وجود داشته باشه، اما کار ما نشون میده که جرمش باید کمتر از حدود شش هزار برابر جرم خورشید باشه و در کنار یه دسته از سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای باشه. با وجود این، احتمال اینکه یکی از این‌ها رو پیدا کنیم خیلی زیاد هست. شتاب‌های بیشتری از پالسارها در حال رفتنه و به ما اجازه میده که خیلی عمیق‌تر به گردایه‌های ستاره‌ای متراکم نگاه کنیم و با دقت بیشتری دنبال سیاه‌چاله‌ها بگردیم.”

آندرس بانارس-هرناندز، نویسنده اصلی این مقاله از IAC، گفت: “ما مدت‌هاست که خبر داریم توی مراکز کهکشان‌ها سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم وجود داره و سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای کوچیک‌تر هم توی کهکشان خودمون داریم. اما ایدهٔ سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط، که می‌تونه فاصله‌ی بین این دو حد رو پر کنه، هنوز ثابت نشده.”

“با مطالعهٔ امگا قنطورس – که باقی‌موندهٔ یه کهکشان کوتوله است – ما تونستیم روش‌هامون رو بهتر کنیم و یه قدم به جلو برداریم توی این که بفهمیم آیا اصلاً این‌جور سیاه‌چاله‌ها وجود دارن و چه نقشی ممکنه توی تکامل گردایه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌ها داشته باشن. این کار داره به حل یه بحث دو دهه‌ای کمک می‌کنه و راه‌های جدیدی رو برای کشفیات آینده باز میکنه.”

“ساخته شدن پالسارها هم یه زمینهٔ فعال برای مطالعه است، چون تعداد زیادی از این پالسارها اخیراً شناسایی شدن. اُمگا قنطورس یه محیط ایده‌آل برای مطالعه مدل‌های شکل‌گیریشونه که ما تونستیم برای اولین بار توی تحلیل‌مون این کار رو انجام بدیم.”