اخترشناسان پرتاب جت سیاهچاله‌ای را مشاهده کردند!!

ستاره‌شناسان پرتاب جت از سیاهچاله‌ای با جرم ستاره‌ای در داخل کهکشان راه شیری را مشاهده کرده‌اند.

هنگامی که پرتوهای ایکس در ماه مارس 2018 از ناحیه‌ای از آسمان که قبلاً تصور می‌شد خالی است منعکس شد، یک سیستم هشدار اولیه را راه‌اندازی کرد.

الکس تتارنکو (دانشگاه فناوری تگزاس) و همکارانش در مشاهدات حاصل که از رادیویی گرفته تا اشعه ایکس را شامل می‌شد، چیزی را کشف کردند که قبلاً دیده نشده بود: ایجاد و پرتاب جت‌هایی از یک سیاه‌چاله، به نام MAXI J1820+070، حدود 10000 نوری دورتر،  در کهکشان ما آنها با مشاهداتی که در دست داشتند، ویژگی های فیزیکی جت، مانند فاصله و حرکت آن نسبت به سیاهچاله را محاسبه کردند.

تتارنکو توضیح می‌دهد: “مواد جت، شیمی گاز بین ستاره‌ای را تغییر می‌دهند و بر شکل‌گیری کهکشان‌ها و ستاره‌ها تاثیر می‌گذارند.” آنها همچنین آزمایشگاه‌هایی را برای آزمایش فیزیک بنیادی فراهم می‌کنند، بنابراین درک اینکه چه چیزی باعث ایجاد آنها می‌شود، بسیار مهم است.

براساس این تصویر هنری، یک سیاهچاله در حال کشیدن مواد از یک ستاره همدم از طریق یک دیسک برافزایشی است. مقداری از پلاسما توسط یک جت پرتاب می‌شود.

Gabriel Pérez Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias)

بیشتر سیاه‌چاله‌هایی که ما در کهکشان خود کشف کرده‌ایم، قابل تشخیص هستند، زیرا دارای یک ستاره همدم هستند. همانطور که یک سیاهچاله ماده را از همدک خود می‌کشد، ماده به سمت داخل مارپیچ می‌رود، انرژی خود را از دست می‌دهد و اشعه ایکس ساطع می‌کند.

سپس جت‌ها از قطب‌های سیاه‌چاله فوران می‌کنند و ذرات را با چنان نیروی متمرکزی به حرکت در می‌آورند که با سرعت‌های نسبیتی به فاصله سال‌های نوری ما به بیرون پرتاب می‌کنند و امواج رادیویی را منتشر می‌کنند که می‌تواند از زمین شناسایی شود.

اخترشناسان جت‌هایی را در اطراف سیاه‌چاله‌های بزرگ و کوچک رصد کرده‌اند – برای مثال، اخیراً تلسکوپ افق رویداد تصاویر واضحی از جت‌ها را از ابرسیاهچاله M87 گرفته است. اما سوالاتی در مورد منشأ جتها باقی می‌ماند. این همه قدرت پرتاب جت از کجا می‌آید؟

تلسکوپ افق رویداد تصویر بی‌سابقه‌ای واضح از جت M87 به‌دست آورد که از سیاهچاله کلان پرجرم قنطورس A به بیرون پرتاب می‌کند. اما سیاهچاله‌های کلان پرجرم و جت‌های آن‌ها معمولاً در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر از عمر انسان تغییر می‌کنند. در اطراف سیاهچاله‌هایی با جرم ستاره‌ای، اخترشناسان می‌توانند چنین تغییراتی را در مقیاس‌های زمانی کوتاه‌تر مشاهده کنند.

Radboud University; ESO / WFI; MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al.; NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al.; EHT / M. Janssen et al.

دو نظریه رقیب وجود دارد: جت‌ها می‌توانند انرژی و تکانه زاویه‌ای را از میدان‌های مغناطیسی استخراج کنند که افق رویداد سیاه‌چاله در حال چرخش را می‌پیچد، یا میدان‌های مغناطیسی در موادی که به درون سیاه‌چاله می‌چرخند می‌توانند نیروی مورد نیاز را تامین کنند.

برای پاسخ به این سؤالات، باید یک چرخه کامل را تماشا کنیم تا شاهد پرتاب و خاموش شدن جت باشیم. سیاهچاله‌های با جرم ستاره‌ای این فرصت را فراهم می‌کنند، زیرا آنها یک چرخه کامل را در چند ماه طی می‌کنند، به‌جای اینکه مثل سیاه‌چاله‌های کلان جرم میلیون‌ها سال طول بکشد.

نقشه برداری جت

MAXI J1820 هنگامی که گاز اضافی را از ستاره همدم خود گرفت که تقریباً نصف جرم خورشید است، شعله‌ور شد. این تیم فوران را در طیف گسترده‌ای از طول موج ها از اشعه ایکس تا امواج رادیویی اندازه‌گیری کردند. با استفاده از روش تجزیه و تحلیل زمان، آنها در نهایت توانستند جزئیات کوچک جت‌های MAXI را حل کنند.

“تکنیک . . . تتارنکو  شبیه نحوه استفاده کشتی‌ها از سونار برای نقشه‌برداری از اجسام زیر آب است.

تجزیه و تحلیل زمان‌بندی ارتفاع پایه جت‌ها، زاویه و سرعت آنها را نشان داد. این مهم است زیرا خواصی مانند قدرت میدان مغناطیسی به شدت به هندسه بستگی دارد.

مشاهدات پرتو ایکس سیاهچاله با جرم ستاره‌ای مشاهدات رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا که در سال‌های 2018 و 2019 انجام شد (در قسمت داخلی نشان داده شده است) به اخترشناسان اجازه داد جت‌های سیاهچاله را شناسایی کنند.

X-ray: NASA / CXC / University of Paris / M. Espinasse et al.; Optical / IR: PanSTARRS

محاسبات نشان داد که جت‌های MAXI J1820 تنها یک ثانیه نوری (300000 کیلومتر) از سیاهچاله دورتر شدند (یعنی حدود 1000 برابر نزدیک‌تر از زمین به خورشید). این فواره‌ها بسیار باریک هستند و فقط 0.45 درجه باز می‌شوند که باریک‌ترین زاویه اندازه‌گیری شده تا به امروز است.

بر اساس این نتایج که در مجله Astrophysical منتشر شده است، آندری زدیارسکی (آکادمی علوم لهستان)، تتارنکو و مارک سیکورا (همچنین در آکادمی علوم لهستان) فکر می‌کنند که سیاهچاله ممکن است مسئول نیرو دادن به جت باشد. تتارنکو می‌گوید انرژی این جت با پیش‌بینی‌های نظری سناریوی چرخش سیاه‌چاله مطابقت دارد.

تتارنکو انتظار دارد که تحقیقات بیشتر در مورد داده‌ها و همچنین مشاهدات بیشتر سیستم‌های سیاه چاله، به تایید نتیجه کمک کند.

سارا موتا (دانشگاه آکسفورد، انگلستان)، که در این مطالعه شرکت نداشت، خاطرنشان می‌کند: «الکس و همکارانش با مطالعه همزمان چگونگی تغییر دوتایی پرتو ایکس سیاهچاله از بخشی از طیف الکترومغناطیسی به بخش دیگر، موفق شدند چیزی را که در گذشته هرگز ممکن نبوده است را با این دقت اندازه‌گیری کنند». این امر برای محدود کردن فیزیک اساسی حاکم بر تولید و مکانیسم پرتاب جت بسیار مهم است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

ASTRONOMERS WATCH BLACK HOLE JET LAUNCH

BY: LYNDIE CHIOU NOVEMBER 29, 2021 

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/astronomers-watch-black-hole-jet-launch/