دومین سیاه چاله در مرکز کهکشان ما؟
اندازه‌گیری حرکات ستاره در نزدیکی ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری نشان می‌دهد که ممکن است یک سیاه چاله همدم دوم نیز در این نزدیکی وجود داشته باشد.
ابرسیاه چاله – با جرمی حدود 4 میلیون برابر جرم خورشید ما – در مرکز کهکشان راه شیری ما وجود دارد. ستاره‌شناسانی که حرکات ستاره‌ای را در نزدیکی این سیاهچاله مرکزی اندازه‌گیری کرده‌اند، اکنون می‌گویند ممکن است یک سیاه چاله همدم دومی نیز وجود داشته باشد.
مفهوم هنری از دو سیاهچاله که در یک تانگو گرانشی پیچیده شده‌اند. تصویر از NASA/ JPL-Caltech/ SwRI/ MSSS/ Christopher Go
آیا ابرسیاهچاله‌ها هم همدم دارند؟ ماهیت شکل‌گیری کهکشان نشان می‌دهد که جواب مثبت است، و در واقع، ابرسیاهچاله‌های دوقلو باید در جهان مشترک باشند.
من یک اخترفیزیک هستم و به طیف گسترده‌ای از مشکلات نظری در اخترفیزیک علاقه‌مندم، از شکل‌گیری اولین کهکشانها تا تعامل گرانشی سیاهچالهها، ستاره‌ها و حتی سیارات. سیاهچالهها سیستم‌های جذابی هستند و ابرسیاهچاله و محیط ستاره‌ای متراکمی آنها را احاطه کرده نشان دهنده یکی از مهمترین مکان‌ها در جهان ما است.
سیاهچاله مرکز کهکشان ما، به نام Sgr A *، دارای جرمی حدود 4 میلیون برابر خورشید ما است. سیاهچاله مکانی در فضا است که جاذبه آن آنقدر قوی است که هیچ ذره یا نوری نمی‌تواند از آن فرار کنند. پیرامون Sgr A * خوشه متراکمی از ستاره‌ها می‌باشد. اندازه‌گیری دقیق مدار این ستارگان به منجمان این امکان را می‌دهد تا وجود این ابرسیاهچاله را تأیید کرده و جرم آن را بسنجند. بیش از 20 سال است که دانشمندان حرکت این ستاره‌ها را در اطراف ابرسیاهچاله زیرنظر دارند. بر اساس آنچه من و همکارانم دیده‌ام برای ابرسیاهچاله ما ممکن هست همدمی وجود داشته باشد، ممکن است یک سیاه چاله دوم در این نزدیکی باشد که حداقل صد هزار برابر جرم خورشید مارا دارا است.
در مرکز کهکشان ما یک ابرسیاهچاله وجود دارد که به نام قوس A شناخته می‌شود که جرمی تقریباً 4 میلیون برابر خورشید را داراست. تصویر از ESA / C. Carreau.
ابرسیاهچاله‌ها و دوستانشان
تقریباً هر کهکشانی، از جمله کهکشان راه شیری ما، دارای یک ابرسیاهچاله در قلب خود است (با جرمی میلیون تا بیلیاردها برابر جرم خورشید). ستاره‌شناسان هنوز در حال مطالعه هستند که چرا قلب کهکشانها اغلب میزبان یک ابرسیاهچاله است. یک ایده محبوب به این احتمال وجود دارد که ابرسیاهچاله‌ها دوستانی داشته باشند.
برای درک این ایده ، ما باید به زمانی که جهان حدود 100 میلیون سال قدمت داشت، برگردیم، به دوران اولیه کهکشان ها. کهکشانهایی که بسیار کوچکتر از کهکشانهای امروزی بودند و وزن کمتری حدود 10000 یا بیشتر از کهکشان راه شیری داشتند. در میان این کهکشانهای اولیه، اولین ستارگان که درگذشته، سیاهچاله‌هایی ایجاد کردند که تقریباً ده‌ها هزار برابر جرم خورشید را داشتند. این سیاهچالهها به مرکز ثقل، قلب کهکشان میزبان خود فرو می‌روند. از آنجا که کهکشانها با ادغام و درگیری با یکدیگر تکامل مییابند، برخورد میان کهکشانها منجر به تشکیل جفت ابرسیاهچاله خواهد شد (بخش اصلی این داستان). سپس سیاهچالهها ترکیب شده و به اندازه کافی رشد می‌کنند. سیاه‌چاله‌ای که بیش از یک میلیون برابر جرم خورشید ما جرم داشته باشد، ابرسیاهچاله تلقی می‌شود.
نیروهای گرانشی سیاهچالهها این ستاره‌ها را به سمت خود می‌کشانند و باعث می‌شوند مدار خود را تغییر دهند. به عبارت دیگر، پس از جدال پیرامون جفت ابرسیاهچاله، ستاره دقیقاً به نقطه آغاز، برنمی‌گردد.
ستاره‌شناسان با استفاده از درک ما از تعامل گرانشی بین جفت ابرسیاهچاله و ستاره‌های اطراف می‌توانند پیش بینی کنند که چه اتفاقی برای ستاره‌ها خواهد افتاد. ستاره‌شناسانی مانند من و همکاران من می‌توانند پیش‌بینی‌های ما را با مشاهدات مقایسه کنند، و سپس می‌توانند مدارهای احتمالی ستارگان را تعیین کنند و بدانند که آیا ابرسیاهچاله دارای همدمی است که در حال اعمال نفوذ گرانشی است یا نه.
اولین تصویر از سیاه چاله. این ابرسیاهچاله در مرکز کهکشان M87 واقع شده است. تصویر از JPL/ Event Horizon Telescope Collaboration
اخترفیزیکدانانی مثل خودم دوست دارند تأثیر آنها را در مناطق مرکزی کهکشانها و نقش آنها در شکل‌گیری و تکامل کهکشانها درک کنند. کشف یک جفت ابرسیاهچاله در مرکز کهکشان نشان می‌دهد که کهکشان راه شیری در گذشته در بعضی از زمانها با کهکشان دیگری، احتمالاً کوچک، درهم آمیخته است.
اندازه‌گیری حرکت ستاره S0-2 به دانشمندان اجازه داد یک آزمایش منحصر به فرد از نظریه عمومی نسبیت انیشتین انجام دهند. در ماه می سال 2018 ، S0-2 از ابرسیاهچاله در فاصله حدود 130 برابر فاصله زمین از خورشید عبور کرد. مطابق نظریه انیشتین، طول موج نور ساطع شده توسط ستاره باید امتداد یابد زیرا از چاه گرانشی عمیق ابرسیاهچاله صعود می‌کند.
طول موج کششی که انیشتین پیش‌بینی می‌کند – که باعث می‌شود ستاره قرمزتر به نظر برسد – کشف شد و اثبات می‌کند که تئوری نسبیت عام به طور دقیق فیزیک موجود در این منطقه گرانشی را توصیف می‌کند. من مشتاقانه منتظر دومین رویکرد نزدیک S0-2 هستم که در حدود 16 سال بعد اتفاق خواهد افتاد، زیرا اخترفیزیکدانهایی مثل خودم می‌توانند بیشتر پیش‌بینی‌های انیشتین درباره نسبیت عام را آزمایش کنند، از جمله تغییر جهتگیری مدارهای دراز مدت ستارگان. اما اگر ابرسیاه چاله دارای همدمی باشد، این می‌تواند نتیجه مورد انتظار را تغییر دهد.
تلسکوپ فضایی هابل ناسا /اسا نتیجه یک برخورد کهکشانی بین دو کهکشان با اندازه خوب را نشان می‌دهد. این جهش جدید ستاره‌هایی را نشان می‌دهد که به آرامی در حال تحول هستند تا به یک کهکشان بیضوی غول پیکر تبدیل شوند. تصویر از ESA/ Hubble/ NASA/ Judy Schmid
سرانجام ، دو ابرسیاهچاله که در مرکز کهکشان در گردش هستند، همانطور که تیم من پیشنهاد می‌کند، امواج گرانشی ساطع می‌کنند. از سال 2015 ، رصدخانه های LIGO-Virgo مشغول کشف تشعشع موج گرانشی از ادغام سیاهچاله‌های ستاره‌ای و ستاره‌های نوترونی هستند. این کشف پیشگامانه راهی جدید را برای دانشمندان برای درک جهان گشوده است.
هر موج ساطع شده توسط جفت ابرسیاه چاله فرضی ما در فرکانسهای پایین ، برای آشکارسازهای LIGO-Virgo بسیار کم خواهد بود. اما ردیاب معروف به LISA ممکن است بتواند این امواج را تشخیص دهد که به اخترفیزیکدانان کمک می‌کند تا دریابند که سیاهچاله مرکز کهکشانی ما تنها است یا شریکی دارد.
Smadar Naoz ، دانشیار فیزیک و نجوم ، دانشگاه کالیفرنیا ، لس آنجلس
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
A second black hole at our galaxy’s center?
Posted by EarthSky Voices in SPACE | December 15, 2019