ستاره‌شناسان دلیل فقدان مرموز سیاهچالههای پرجرم در داده‌های تلسکوپی را کشف کردند
ESA/Hubble (M. Kornmesser)
تلسکوپهای ما هرگز سیاهچالهای با جرم بیشتر از بیست برابر خورشید را ردیابی نکرده‌اند. با این وجود، ما اکنون از وجود آنها مطلعیم زیرا دهها عدد از آن سیاهچاله‌ها اخیراً ‘شنیده شده‌اند’ تا از طریق تشعشعات موج گرانشی ادغام شوند. گروهی از ستاره‌شناسان به رهبری پیتر جونکر اکنون کشف کرده‌اند که این نتایج به ظاهر متفاوت را می‌توان با تعصبات علیه سیاهچالههای پرجرم در رصدهای تلسکوپی معمولی توضیح داد.
در سال 2015 تاسیسات LIGO برای اولین بار امواج گرانشی را شناسایی کردند. این امواج گرانشی در فرآیند ادغام توسط دو سیاهچاله پرجرم به جرم چندین ده تا خورشید در فضا منتشر شدند. این کشف جهان و همچنین جامعه نجومی را تکان داد، زیرا تعداد کمی از ستاره‌شناسان پیشبینی کرده بودند که چنین سیاهچالههای پرجرمی وجود داشته باشند، چه رسد به اینکه این قبیل سیاهچاله‌ها می‌توانند ادغام شوند. قبل از ردیابی امواج گرانشی، تلسکوپهای معمولی ما حدود 20 مورد برای وجود سیاهچالههای جرم ستاره‌ای پیدا کرده بودند. با این حال، هیچ یک از آنها به اندازه آنهایی یافت نشده بود که اکنون از طریق تشعشعات امواج گرانشی ساطع شده در طول ادغام مشاهده می‌شوند.
تاکنون حدود 50 مورد از این جفت‌های سیاهچالههای ادغام شده، از جمله توسط آشکارساز اروپایی Virgo، شناسایی شده‌اند که در بیشتر موارد سیاهچالههای پرجرم را شامل می‌شود. تلسکوپها هنوز چنین سیاهچاله‌هایی را پیدا نکرده‌اند.
این نابرابری را می‌توان تا حدی با حجم بزرگتر کیهان توضیح داد که توسط آشکارسازهای امواج گرانشی بررسی می‌شود. LIGO Virgo(آشکارساز لیزری امواج گرانشی) می‌تواند چنین سیاهچالههای پرجرم‌تری را راحت‌تر پیدا کند، زیرا امواج آنها نسبت به امواج سیاهچالههای سبک‌تر قوی‌تر هستند. اما شانس کشف چنین سیاهچاله‌هایی با استفاده از تلسکوپ صفر است؟ سیاهچاله‌ها، یا حداقل محیط نزدیک آنها، زمانی آشکار می‌شوند که به آرامی یک ستاره همدم را می‌بلعند. از طریق اندازه‌گیری حرکت مداری ستاره‌ی نگون‌بخت، می‌توان جرم سیاهچاله را تعیین کرد.
اندازه‌گیری با استفاده از تابش الکترومغناطیسی (EM) مخفف ElectroMagnetic تنها سیاهچالههای ستاره‌ای را باجرم کمتر از 20 برابر جرم خورشیدی (دایره‌های بنفش) نشان داد. این سیاهچاله‌ها همگی دارای یک ستاره همدم هستند که جرم خود را نسبت به سیاهچاله از دست می‌دهد. این جریان گاز وجود سیاهچاله را نشان می‌دهد و مطالعه دقیق حرکت ستاره‌ی همدم اجازه می‌دهد تا جرم سیاهچاله اندازه‌گیری شود.
اندازه‌گیری‌هایLIGO/Virgo از تشعشعات موج گرانشی (مترجم: جابجایی موج‌وار فضازمان) که هنگام ادغام دو سیاهچاله ساطع می‌شود، از سال 2015 به جرم دهها سیاهچاله اجازه داده است (دایره‌های آبی) اندازه‌گیری شود. این سیاهچاله‌ها عموماً پرجرمتر از سیاهچاله‌هایی هستند که از طریق تشعشعاتEMیافت می‌شوند. اکنون می‌دانیم که فقدان سیاهچالههای پرجرم که از طریق تکنیکهای EM مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، می‌تواند ناشی از تعصب علیه یافتن و مطالعه سیاهچالههای پرجرم باشد. اتفاقاً، اندازه‌گیری‌های LIGO/Virgo به نفع تشخیص سیاهچالههای پرجرم است، زیرا سیگنال ادغام آنها بلندتر است (سیگنال موج گرانشی) و بنابراین می‌توان از سیستم‌های دورتر در کیهان در مقایسه با سیگنال ادغام سیاهچالههای با جرم کمتر استفاده نمود و تشخیص داد. با این وجود، LIGO/Virgo همچنین سیاهچالههای ادغام شده با جرم کمتر را شناسایی می‌کنند. در آینده نزدیک تلسکوپ JWST امکان حذف جانب‌داری یا تعصب EM( شبهات) را فراهم خواهد کرد.
به دلیل حساسیت آن، اخترشناسان قادر خواهند بود جرم سیستم‌های کاندید سیاهچاله واقع در مکانهایی را اندازه‌گیری کنند که تصور می‌شود پرجرمترین سیاهچاله‌ها در آن قرار دارند.
تیمی از اخترشناسان به رهبری پیتر جونکر (دانشگاه رادبود/SRON) متوجه شدند که مشاهدات تلسکوپ علیه کشف سیاهچالههای پرجرم مغرضانه است. در اصل، چنین سیاهچالههای پرجرمی را می‌توان در صورتی مشاهده کرد که جرم یک ستاره همدم را بخورند. با اینحال، شرایط برای آن مشاهدات در عمل بسیار دشوار بوده است و عدم کشف سیاهچالههای پرجرم از طریق رصدهای تلسکوپی را توضیح می‌دهد. بزرگترین سیاهچاله‌ها به جای انفجار ستاره‌های پرجرم (‘ابرنواختر’) از طریق ستارگان پرجرم در حال انفجار شکل می‌گیرند. این سیاهچالههای پرجرم که از طریق یک انفجار شکل گرفته‌اند، در همان مکانی قرار می‌گیرند که جد آنها (ستاره پرجرم) منفجر شده یعنی جایی که در صفحه کهکشان راه شیری متولد شده است، این بدان معنی است که آنها در غبار و گاز پوشیده شده‌اند و مخفی هستند. همنوعان سیاهچاله سبک‌تر آنها که از ستاره‌های پرجرم از طریق انفجارهای ابرنواختری متولد شده‌اند، یک ضربه را تجربه می‌کنند(مترجم: در اثر ادغام دو یا چند سیاهچاله) که آنها را از صفحه کهکشان راه شیری به بیرون پرتاب می‌کند و آنها را برای تلسکوپهای ما که جرم آنها را اندازه‌گیری می‌کنند قابل مشاهده‌تر می‌کند.
هر ستاره همدم یک سیاهچاله پرجرم باید در فاصله نسبتاً زیادی به دور خود بچرخد که باعث می‌شود ستاره همدم بلعیده شود. چنین اپیزودهایی هستند که وجود و مکان سیاهچاله‌ها را آشکار می‌کنند. بنابراین، سیاهچالههای پرجرمتر به ندرت مکان خود را نشان می‌دهند. (مترجم: تنها در صورتی که یا ستاره‌ای را بخورد یا از طریق تشعشعات گرانشی حاصل از برخورد یا ادغام مکان آن شناسایی شود)(مترجم: تمام این کارها برای یافتن مکان و جرم انواع سیاهچاله‌ها و طبقه‌بندی آنها بر اساس جرمشان صورت می‌گیرد).
پرتاب قریب‌الوقوع تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در 18 دسامبر به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا این ایده‌ها را آزمایش کنند. JWST برای اولین بار امکان اندازه‌گیری جرم چندین سیستم سیاهچاله کاندید در صفحه کهکشان راه شیری را به ما می‌دهد.JWST به نور مادون قرمز حساس خواهد بود و چنین نوری نسبت به نوع نوری که معمولاً توسط تلسکوپهای زمینی استفاده می‌شود تحت تأثیر غبار وگاز بسیار کمتراست.(مترجم: با استفاده از حسگر مادون قرمز درخشش ناگهانی بلعیده شدن ستاره همدم سیاهچاله را می‌بیند و می‌تواند شبهات را حذف کند) علاوه بر این، اندازه بزرگ JWST و موقعیت مناسب آن در فضا، به JWST اجازه می‌دهد تا ستاره مناسبی را برای مطالعه از میان میلیونها ستاره در صفحه کهکشان راه شیری پیدا و انتخاب کند. در نهایت، قرار گرفتن در بالای جو زمین، نور مادون قرمز ساطع شده توسط اتمسفر، مانع JWST نخواهد شد.
مترجم: مرتضی نادری‌فرد
منبع:
Astronomers Have Discovered the Reason Behind the Mysterious Lack of Massive Black Holes in Telescope Data
By RADBOUD UNIVERSITY NOVEMBER 26, 2021
https://scitechdaily.com/astronomers-have-discovered-the-reason-behind-the-mysterious-lack-of-massive-black-holes-in-telescope-data/