چرا سیاهچاله‌های غول‌آسا آهسته‌تر می‌چرخند ؟

مشاهدات حاصل از اشعه ایکس با اتکا به شواهد زیادی حاکی از آن است که پرجرم‌ترین سیاه‌چاله‌ها گذشته‌ای متفاوت از همتایان سبک وزن خود دارند. این تصویر ترکیبی پرتوهای ایکس (آبی)، مرئی (سفید و رنگی) و مشاهدات رادیویی (قرمز) را ترکیب می‌کند تا اختروش H1821+643 را که توسط یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم نیرو می‌گیرد، نشان دهد که در فاصله بیش از 3 بیلیون سال نوری از ما در صورت فلکی اژدها قرار دارد.X-ray: NASA / CXC / Univ. of Cambridge / J. Sisk-Reynés et al.; Radio: NSF / NRAO / VLA; Optical: PanSTARRS ستاره‌شناسان چرخش یکی از پرجرم‌ترین سیاهچاله‌های امروزی را سنجیده‌اند و  نتایج این اندازه‌گیری‌ها مهر تایید بر این ایده می‌گذارد که چنین سیاهچاله‌هایی به روشی متفاوت از خواهر و برادر کوچکترشان بزرگ می‌شوند.اسپین یکی از دو پارامتری است که سیاهچاله را توصیف می‌کند (دیگری جرم است) و حاوی اطلاعات کلیدی درباره گذشته سیاهچاله است. برای مثال، تشخیص امواج گرانشی نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌هایی که از ادغام دو سیاه‌چاله کوچک‌تر به وجود آمده‌اند، با حدود ۷۰ درصد حداکثر سرعت خود می‌چرخند، در حالی که سیاه‌چاله‌هایی که مستقیماً از ستاره‌ها ساخته شده‌اند، بسیار کندتر می‌چرخند. اما سیاهچاله‌های غول‌آسای پرجرم پیچیده‌تر از ستاره‌هایی هستند که توسط LIGO و گروه‌هایش شکار می‌شوند. این لویاتان‌ها باید در مدت زمان طولانی مقدار زیادی از فضا تغذیه کنند  تا به اندازه فعلی خود رشد کنند.مطالعات قبلی نشان از آن دارد که میلیون‌ها یا ده‌ها میلیون جرم خورشیدی معمولاً با حداکثر سرعت ممکن (حداقل 90 درصدشان) می‌چرخند. اگر سیاهچاله مرتبا از یک دیسک بادوام و اجرام  اطرافش تغذیه کند، سرعت بالاتری در چرخش مورد انتظار خواهد داشت. با این حال، حتی سیاه‌چاله‌های سنگین‌تر، آهسته‌تر و با سرعت بیشتری می‌چرخند که نشان‌دهنده تاریخچه تولد و رشدمتفاوت  است. جولیا سیسک-رینس (دانشگاه کمبریج، انگلستان) و همکاران وی  اکنون شواهد بیشتری راجع به اینکه به اطلاعات  تاریخی شکاف سیاهچاله‌های غول آسا اضافه کرده‌اند. اخترشناسان با استفاده از مشاهدات اشعه ایکس که 21 سال پیش توسط رصدخانه پرتو ایکس چاندرا جمع‌آوری شده بودند، نور منعکس شده از لبه داخلی دیسک بزرگ گازی اندازه‌گیری کردند که نیروی کافی  بر روی سیاهچاله اختروش H1821+643 تامین می‌کند. این اختروش در یک خوشه کهکشانی با فاصله بیش از 3 بیلیون سال نوری ما قرار دارد و با جرمی بین 3 تا 30 بیلیون برابر خورشید (تخمینها متفاوت است)، سیاهچاله مرکزی آن یکی از پرجرم ترین سیاهچاله‌های شناخته شده است.اشعه ایکس منعکس شده محققان را قادر ساخت تا عرض شکاف بین لبه داخلی دیسک گاز و سیاهچاله را اندازه‌گیری کنند. یک سیاهچاله در حال چرخش دیسک خود را محکم به دور خود می‌کشاند، این دیسک هرقدر به افق رویداد نزدیک می‌شود، سرعت سیاهچاله مشخص می‌شود. داده‌های اشعه ایکس نشان می‌دهد که سیاه‌چاله H1821+643 به میزان 25% تا 84% حداکثر قدرت خود می‌چرخد که در بیشتر مواقع مقدار آن 62% است.نکته مهمی که در اینجا باید به آن توجه کرد، مقدار خاص 62٪ نیست، بلکه این است که این چرخش بسیار کندتر از چرخش‌های سریع سیاهچاله ها یک هزارم جرم آن است.یکی از نظریات در خصوص این اختلاف این است که زیباترین سیاهچاله‌ها تاریخچه پیچیده‌تری نسبت به برادران کوچکتر خود دارند. گازی که از یک دیسک برای مدت طولانی‌ خارج می‌شود، همیشه از همان جهت به سمت سیاه‌چاله می‌آید و مانند توپ ساحلی که با آب شلنگ برخورد می‌کند، سیاهچاله را به سمت بالا می‌چرخاند. سیاهچاله H1821+643 به وضوح دارای یک دیسک گاز است، اما با توجه به چرخش آن، این سیاهچاله نمی‌تواند میلیون‌ها سال از همین دیسک تغذیه کرده باشد.جیمز متیوز، نویسنده همکار در این مقاله (دانشگاه کمبریج، بریتانیا) توضیح می‌دهد که گمان می‌رود اجسام سنگین دارای دیسک‌های «اپیزودیک» هستند که از یک ابر گازی بزرگ تشکیل شده‌اند و وارد یک  مسیری تصادفی می‌شوند. این دیسک شاید تا چند صد هزار سال باقی بماند و لویاتان از آن  تغذیه کند و بر چرخش آن تأثیر بگذارد. اما دیسک بعدی که شکل می‌گیرد ممکن است جهت‌گیری کاملاً متفاوتی داشته باشد و اثر خود را بر چرخش سیاهچاله بگذارد. به این تاریخچه تصادفی یک یا چند ادغام با سیاهچاله‌های بزرگ دیگر را اضافه کنید، جسم نهایی می‌تواند به هر طریقی در حال چرخش باشد.یک اثر محیطی بزرگتر نیز در همه اینها وجود دارد: بزرگترین سیاهچاله‌ها در بزرگترین کهکشان‌ها ساکن هستند. شبیه‌سازی‌های تکامل کهکشان و سیاه‌چاله نشان‌دهنده جریان کمتر منظم مواد در این کهکشان‌ها است که این مساله شاید توضیحی بر این باشد  که چرا تجمع لویاتان‌ها خواسته یا ناخواسته اتفاق می‌افتد. ترجمه: آیسان کریملو

منبع:THE BLACK HOLE FILES WITH CAMILLE CARLISLE MONSTROUS BLACK HOLES SPIN MORE SLOWLY — BUT WHY?BY: CAMILLE M. CARLISLE JULY 5, 2022https://skyandtelescope.org/astronomy-news/monstrous-black-holes-spin-more-slowly-but-why/