کشف شگفت‌انگیز هابل: چطور پرتو یک سیاه‌چاله، انفجار ستاره‌ای را تحریک می‌کند؟

کشفی شگفت‌انگیز: ستاره‌های نووا در نزدیکی جت سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ

در یک کشف غیرمنتظره، ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل ناسا متوجه شده‌اند که جت شبیه به شعله‌پاش از یک سیاه‌چاله فوق‌العاده بزرگ در مرکز یک کهکشان بزرگ به نظر می‌رسد که باعث انفجار ستاره‌ها در مسیر خود می‌شود. این ستاره‌ها که به نام نووا شناخته می‌شوند، در داخل جت گرفتار نمی‌شوند، بلکه به‌نظر می‌رسد در یک منطقه خطرناک نزدیک به آن قرار دارند. این کشف محققان را در جستجوی توضیحی سردرگم کرده است.

«ما نمی‌دانیم چه اتفاقی در حال وقوع است، اما این یک کشف هیجان‌انگیز است»، گفت الک لسینگ، نویسنده اصلی از دانشگاه استنفورد. «این به این معناست که چیزی در درک ما از چگونگی تعامل جت‌های سیاه‌چاله با محیط اطرافشان گم شده است.»

چگونگی انفجار نووا

نووا در یک سیستم دو ستاره‌ای رخ می‌دهد که در آن یک ستاره عادی که در حال پیر شدن و متورم شدن است، هیدروژن را به یک ستاره کوتوله سفید سوخته شده می‌ریزد. زمانی که این کوتوله، لایه‌ای از هیدروژن به عمق یک مایل را جذب می‌کند، آن لایه مانند یک بمب هیدروژنی بزرگ منفجر می‌شود. کوتوله سفید در اثر انفجار نووا نابود نمی‌شود، بلکه لایه سطحی‌اش را پرتاب می‌کند و سپس دوباره به جذب سوخت از ستاره هم‌نشین خود ادامه می‌دهد و چرخه انفجار نووا دوباره آغاز می‌شود.

یافته‌های تلسکوپ هابل

تلسکوپ هابل در مدت زمان بررسی، دو برابر نوواهای بیشتری در نزدیکی جت نسبت به سایر نقاط کهکشان بزرگ پیدا کرد. این جت توسط یک سیاه‌چاله مرکزی به جرم ۶.۵ میلیارد خورشید که در احاطه یک دیسک از ماده در حال چرخش قرار دارد، راه‌اندازی می‌شود. سیاه‌چاله که با ماده‌ای که به آن سقوط می‌کند، پر شده است، جتی از پلاسما به طول ۳۰۰۰ سال نوری را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به فضا پرتاب می‌کند. هر چیزی که در این پرتو انرژی‌زا گرفتار شود، به شدت آسیب می‌بیند. اما به‌نظر می‌رسد که نزدیک بودن به این جریان سوزان نیز خطرناک است، طبق یافته‌های جدید هابل.

تأثیر جت بر سیستم‌های ستاره‌ای

یافته دو برابر شدن تعداد نوواها در نزدیکی جت نشان می‌دهد که یا دو برابر تعداد سیستم‌های دو ستاره‌ای که می‌توانند نووا تولید کنند، در نزدیکی جت وجود دارد، یا اینکه این سیستم‌ها دو برابر بیشتر از سیستم‌های مشابه در سایر نقاط کهکشان انفجار می‌شوند. «به نظر می‌رسد که جت تأثیری بر سیستم‌های ستاره‌ای دارد که به این منطقه نزدیک می‌شوند. شاید جت به نوعی هیدروژن را به سمت کوتوله‌های سفید می‌فرستد و باعث می‌شود که این‌ها بیشتر منفجر شوند»، گفت لسینگ. «اما مشخص نیست که این یک فشار فیزیکی است. ممکن است اثر فشار نوری باشد که از جت ساطع می‌شود. وقتی هیدروژن سریع‌تر تحویل داده شود، انفجارها نیز سریع‌تر رخ می‌دهند. ممکن است چیزی باعث دو برابر شدن نرخ انتقال جرم به کوتوله‌های سفید نزدیک جت شود.»

ایده‌های دیگر محققان

ایده دیگری که محققان در نظر گرفتند این است که جت ممکن است ستاره هم‌نشین کوتوله را گرم کند و باعث شود که آن بیشتر سرریز کند و هیدروژن بیشتری را به سمت کوتوله بریزد.

کشف فعالیت‌های جدید در کهکشان M87

با این حال، محققان محاسبه کردند که این گرمایش به هیچ وجه به اندازه کافی بزرگ نیست تا چنین تأثیری داشته باشد. مایکل شارا، همکار محقق از موزه تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک، گفت: “ما اولین کسانی نیستیم که می‌گوییم به نظر می‌رسد فعالیت بیشتری در اطراف جت M87 وجود دارد. اما هابل این فعالیت‌های تقویت‌شده را با مثال‌های بیشتری و اهمیت آماری بیشتری نسبت به هر آنچه که قبلاً داشتیم، نشان داده است.”

کمی پس از پرتاب هابل در سال 1990، ستاره‌شناسان از دوربین نسل اول Faint Object Camera (FOC) آن برای نگاهی به مرکز M87 که سیاه‌چاله غول‌پیکر در آن قرار دارد، استفاده کردند. آن‌ها متوجه شدند که چیزهای عجیبی در اطراف سیاه‌چاله در حال وقوع است. تقریباً هر بار که هابل به این ناحیه نگاه می‌کرد، ستاره‌شناسان “رویدادهای گذرایی” به رنگ آبی می‌دیدند که می‌توانستند نشانه‌ای از نوواهایی باشند که مانند فلش‌های دوربین از سوی عکاسان نزدیک به آنجا به وجود می‌آیند. اما دید دوربین FOC به قدری باریک بود که ستاره‌شناسان هابل نمی‌توانستند از جت دور شوند و با ناحیه نزدیک به جت مقایسه کنند. برای بیش از دو دهه، نتایج به طرز مرموزی وسوسه‌انگیز باقی ماند.

مدارک قانع‌کننده‌ای از تأثیر جت بر ستاره‌های کهکشان میزبان در طول یک دوره نه ماهه از مشاهدات هابل با دوربین‌های جدید و با دید وسیع‌تر جمع‌آوری شد تا نوواهای در حال فوران را شمارش کنند. این کار برای برنامه مشاهدات تلسکوپ چالش‌برانگیز بود زیرا نیاز به بازدید از M87 دقیقاً هر پنج روز برای گرفتن یک تصویر دیگر داشت. جمع‌آوری تمام تصاویر M87 منجر به عمیق‌ترین تصاویری شد که تاکنون از M87 گرفته شده است. هابل 94 نووا را در یک‌سوم از M87 که دوربین آن می‌تواند در بر بگیرد، پیدا کرد.

شاره افزود: “جت تنها چیزی نبود که ما به آن نگاه می‌کردیم – ما به کل کهکشان داخلی نگاه می‌کردیم. وقتی تمام نوواهای شناخته‌شده را بر روی M87 ترسیم کردید، نیازی به آمار نبود تا خودتان را قانع کنید که در امتداد جت، نوواهای بیشتری وجود دارد. این علم موشکی نیست. ما این کشف را به سادگی با نگاه کردن به تصاویر انجام دادیم. و در حالی که واقعاً شگفت‌زده شدیم، تحلیل‌های آماری ما از داده‌ها آنچه را که به وضوح دیدیم تأیید کرد.”

این دستاورد به‌طور کامل به قابلیت‌های منحصر به فرد هابل بستگی دارد. تصاویر تلسکوپ‌های زمینی وضوح کافی برای دیدن نوواها در عمق M87 ندارند. آن‌ها نمی‌توانند ستاره‌ها یا فوران‌های ستاره‌ای نزدیک به هسته کهکشان را تفکیک کنند زیرا اطراف سیاه‌چاله به شدت روشن است. تنها هابل می‌تواند نوواها را در برابر پس‌زمینه روشن M87 شناسایی کند. نوواها در جهان به طرز شگفت‌انگیزی رایج هستند. هر روز یک نووا در جایی از M87 فوران می‌کند. اما از آنجا که حداقل 100 میلیارد کهکشان در سراسر جهان قابل مشاهده وجود دارد، در هر ثانیه حدود یک میلیون نووا در جایی از آنجا فوران می‌کند.