کشف یک سامانه‌ی سه‌تایی سیاه‌چاله
ظاهراً بسیاری از سیاه‌چاله‌هایی که تاکنون شناسایی شده‌اند، جزئی از یک جفت هستند. این سامانه‌های دوتایی شامل یک سیاه‌چاله و یک جسم ثانویه – مثل یک ستاره، یک ستاره‌ی نوترونی با چگالی بسیار بالا، یا حتی یک سیاه‌چاله‌ی دیگه – هستن که دور همدیگه می‌چرخن. این اجسام به خاطر جاذبه‌ی سیاه‌چاله به هم نزدیک میشن و یک جفت مداری فشرده رو تشکیل میدن. حالا یه کشف شگفت‌آور، دید ما رو به سیاه‌چاله ها، اجسامی که ممکنه توشون باشن و چگونگی تشکیلشون، گسترش میده.
توی یه مطالعه که تو مجله‌ی Nature منتشر شده، فیزیکدان‌های MIT و کلتک گزارش دادن که برای اولین بار موفق به مشاهده‌ی یه “سیاه‌چاله‌ی سه‌تایی” شدن. این سامانه‌ی جدید شامل یه سیاه‌چاله‌ی مرکزیه که داره یه ستاره‌ی کوچیک رو می‌بلعه. این ستاره خیلی به سیاه‌چاله نزدیک میشه و هر ۶.۵ روز یه دور به دورش می‌چرخه – یه پیکربندی که شبیه به اکثر سامانه‌های دوتاییه. اما به شکل عجیبی، یه ستاره‌ی دوم هم به نظر میاد داره به دور سیاه‌چاله می‌چرخه، هرچند تو فاصله‌ی خیلی دورتری. فیزیکدان‌ها تخمین میزنن که این همراه دورافتاده، هر ۷۰,۰۰۰ سال یه بار به دور سیاه‌چاله می‌چرخه. این که سیاه‌چاله ظاهراً روی یه جسم تو این فاصله‌ی دور جاذبه داره، سوالاتی رو در مورد منشأ خود سیاه‌چاله به وجود میاره.
به طور کلی، تصور میشه که سیاهچالهها از انفجارهای شدید یه ستاره‌ی در حال مرگ شکل می‌گیرن – فرایندی که بهش ابرنواختر میگن. تو این فرایند، یه ستاره مقدار زیادی انرژی و نور رو تو یه انفجار نهایی آزاد می‌کنه و بعدش به یه سیاه‌چاله‌ی نامرئی فرو می‌ریزه. با این حال، کشف تیم تحقیقاتی نشون میده که اگه سیاه‌چاله‌ی جدیدی که مشاهده شده ناشی از یه ابرنواختر معمولی باشه، انرژی ای که قبل از فروپاشی آزاد می‌کرده، باید هر جسم ضعیف‌تری که تو حاشیه‌ش قرار داشته رو دور می‌کرد. پس، ستاره‌ی دوم نباید هنوز سر جاش باشه. در عوض، تیم تحقیقاتی مشکوکه که سیاه‌چاله از طریق یه فرایند ملایم‌تر به اسم “فروپاشی مستقیم” شکل گرفته باشه. تو این حالت، یه ستاره به سادگی تو خودش فرو می‌ریزه و بدون یه درخشش دراماتیک آخر، یه سیاه‌چاله تشکیل میده. چنین منشأ آرومی به سختی میتونه اجسام ضعیف‌تری که تو فاصله‌ی دور هستن رو به هم بریزه.
از اونجایی که سامانه‌ی سه‌تایی جدید شامل یه ستاره‌ی خیلی دوره، این نشون میده که سیاه‌چاله‌ی این سامانه از طریق یه فروپاشی مستقیم و ملایم به وجود اومده. و در حالی که ستاره‌شناس‌ها قرن‌ها ابرنواخترهای خشن رو مشاهده کردن، تیم تحقیقاتی میگه که این سامانه‌ی سه‌تایی میتونه اولین مدرک از یه سیاه‌چاله باشه که از این فرایند آروم‌تر شکل گرفته. “فکر می‌کنیم بیشتر سیاهچالهها از انفجارهای خشن ستاره‌ها شکل می‌گیرن، اما این کشف کمک می‌کنه تا این نظریه رو زیر سوال ببریم”، این حرف‌های کوین برِج هستش، یه پژوهشگر پاپالاردو تو دپارتمان فیزیک MIT. “این سامانه برای تکامل سیاهچالهها خیلی هیجان‌انگیزه و همچنین سوالاتی رو درباره‌ی وجود سامانه‌های سه‌تاییِ بیشتر به وجود میاره.”
حرکت هم‌زمان
کشف سیاه‌چاله‌ی سه‌تایی تقریباً به طور تصادفی اتفاق افتاد. فیزیکدان‌ها اون رو حین جستجو تو Aladin Lite پیدا کردن، یه مخزن از مشاهدات نجومی که از تلسکوپ‌های فضایی و سراسر جهان جمع‌آوری شده. ستاره‌شناس‌ها میتونن از این ابزار آنلاین برای جستجوی تصاویر یه بخش خاص از آسمون استفاده کنن که توسط تلسکوپ‌های مختلفی که به طول‌موج‌های مختلف انرژی و نور تنظیم شدن، گرفته شده. تیم داشتن تو کهکشان راه شیری دنبال نشانه‌هایی از سیاه‌چاله‌های جدید می‌گشتن. از سر کنجکاوی، برج تصویری از V404 Cygni رو بررسی کرد – یه سیاه‌چاله که حدود ۸,۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله داره و یکی از اولین اجسامیه که به عنوان یه سیاه‌چاله تو سال ۱۹۹۲ تایید شد. از اون موقع، V404 Cygni به یکی از سیاه‌چاله‌هایی تبدیل شده که خوب مورد مطالعه قرار گرفته و تو بیش از ۱,۳۰۰ مقاله‌ی علمی ثبت شده. با این حال، هیچ‌کدوم از اون مطالعات گزارشی از چیزی که برج و همکاراش مشاهده کردن، ارائه نکرده بود. حین بررسی تصاویر نوری V404 Cygni، برج دو لکه‌ی نور رو دید که به شکل عجیبی به هم نزدیک بودن.
کشف یه سامانه‌ی سه‌تایی با سیاه‌چاله و ستاره‌های در حال چرخش
اولین نور مشاهده شده به عنوان سیاه‌چاله و یه ستاره که نزدیکش در حال چرخشه، شناسایی شد. این ستاره اونقدر نزدیکه که مقداری از موادش رو به سمت سیاه‌چاله رها می‌کنه و نوری تولید می‌کنه که برِج تونست اون رو ببینه. اما نور دوم چیزی بود که دانشمندا تا حالا به دقت بررسی نکرده بودن. برِج مشخص کرد که این نور دوم احتمالاً از یه ستاره‌ی خیلی دور میاد. اون میگه: “این که ما میتونیم دو ستاره‌ی جداگانه رو تو این فاصله‌ی زیاد ببینیم، به این معنیه که این ستاره‌ها باید واقعاً از هم دور باشن.” برِج محاسبه کرد که ستاره‌ی خارجی ۳۵۰۰ واحد نجومی (AU) از سیاه‌چاله فاصله داره (۱ AU فاصله‌ی بین زمین و خورشیده). به عبارت دیگه، ستاره‌ی خارجی ۳۵۰۰ برابر از سیاه‌چاله دورتره نسبت به فاصله‌ی زمین تا خورشید. این فاصله همچنین برابر با ۱۰۰ برابر فاصله‌ی پلوتو تا خورشیده.
سوال اینه که آیا ستاره‌ی خارجی به سیاه‌چاله و ستاره‌ی داخلیش مربوطه یا نه؟ برای جواب دادن به این سوال، محقق‌ها به داده‌های گایا، ماهواره‌ای که از سال ۲۰۱۴ حرکت‌های تمام ستاره‌های کهکشان رو به دقت ردیابی کرده، مراجعه کردن. تیم محقق‌ها حرکت‌های ستاره‌های داخلی و خارجی رو تو طول ۱۰ سال گذشته از داده‌های گایا آنالیز کردن و متوجه شدن که این ستاره‌ها به شکل دقیقی هم‌زمان حرکت می‌کنن، در مقایسه با بقیه‌ی ستاره‌های همسایه. اون‌ها محاسبه کردن که احتمال این نوع حرکت هم‌زمان حدود یه دونه تو ۱۰ میلیونه. برِج میگه: “این تقریباً قطعاً یه تصادف یا اتفاقی نیست. ما دو ستاره رو می‌بینیم که به خاطر این رشته‌ی ضعیف گرانشی به همدیگه وصلن. پس این باید یه سامانه‌ی سه‌تایی باشه.”
چطوری این سامانه شکل گرفته؟
خوب، پس چطوری این سامانه تونسته شکل بگیره؟ اگه سیاه‌چاله از یه ابرنواختر معمولی به وجود اومده باشه، انفجار شدیدش باید ستاره‌ی خارجی رو خیلی وقت پیش از بین می‌برد. برِج میگه: “تصور کن که داری یه بادبادک رو می‌کشی و به جای یه رشته‌ی محکم، با یه تار عنکبوت می‌کشیش. اگه خیلی محکم بکشی، تار پاره میشه و بادبادک رو از دست میدی. گرانش مثل این رشته‌ی ضعیفه، که واقعاً ضعیفه و اگه کار دراماتیکی با سامانه‌ی داخلی انجام بدی، ستاره‌ی خارجی رو از دست میدی.”
برای آزمایش واقعی این ایده، برِج شبیه‌سازی‌هایی رو انجام داد تا ببینه چطور همچین سامانه‌ای میتونه تکامل پیدا کنه و ستاره‌ی خارجی رو حفظ کنه. تو شروع هر شبیه‌سازی، اون سه تا ستاره رو معرفی کرد (ستاره‌ی سوم همون سیاه‌چاله بود، قبل از این که تبدیل به سیاه‌چاله بشه). بعدش ده‌ها هزار شبیه‌سازی رو اجرا کرد، که هر کدوم با یه سناریوی کمی متفاوت برای این بود که چطور ستاره‌ی سوم میتونه تبدیل به یه سیاه‌چاله بشه و به تبعش روی حرکات دو ستاره‌ی دیگه تأثیر بذاره. به عنوان مثال، اون یه ابرنواختر رو شبیه‌سازی کرد و مقدار و جهت انرژی ای که ازش آزاد میشه رو تغییر داد. اون همچنین سناریوهای فروپاشی مستقیم رو شبیه‌سازی کرد، جایی که ستاره‌ی سوم به سادگی تو خودش فرو رفت و بدون آزاد کردن هیچ انرژی‌ای، به یه سیاه‌چاله تبدیل شد. برِج میگه: “بیشتر شبیه‌سازی‌ها نشون میدن که آسون‌ترین راه برای کارکرد این سامانه‌ی سه‌تایی، از طریق فروپاشی مستقیمه.”
علاوه بر این که سرنخ‌هایی رو درباره‌ی منشأ سیاه‌چاله ارائه داد، ستاره‌ی خارجی همچنین سن سامانه رو هم فاش کرد. فیزیکدان‌ها مشاهده کردن که ستاره‌ی خارجی داره به یه غول سرخ تبدیل میشه – مرحله‌ای که تو پایان عمر یه ستاره اتفاق میفته. بر اساس این تغییر ستاره‌ای، تیم محقق‌ها تعیین کردن که ستاره‌ی خارجی حدود ۴ میلیارد سال سن داره. با توجه به این که ستاره‌های همسایه معمولاً تو یه زمان مشابه به دنیا میان، تیم نتیجه‌گیری کرد که سامانه‌ی سه‌تایی سیاه‌چاله هم ۴ میلیارد سال سن داره. برِج میگه: “ما هیچ‌وقت نتونستیم این کار رو برای یه سیاه‌چاله‌ی قدیمی انجام بدیم. حالا می‌دونیم که V404 Cygni جزئی از یه سامانه‌ی سه‌تاییه، میتونه از طریق فروپاشی مستقیم شکل گرفته باشه و حدود ۴ میلیارد سال پیش شکل گرفته، به لطف این کشف.”
این تحقیق تا حدی با حمایت بنیاد ملی علوم انجام شده.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس