ستاره‌شناسان گنجینه‌ای از سیاهچاله‌های پرجرم را پیدا کردند!!

سیاهچاله‌های پرجرم تازه کشف شده در کهکشانهای کوتوله قرار دارند، جایی که تابش آنها با نور ستارگان جوان فراوان رقابت می کند. اعتبار: NASA & ESA/Hubble, artistic conception of black hole with jet by M. Polimera.

تیمی به سرپرستی محققان دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل گنجینه‌ای از سیاهچاله‌های پرجرم را در کهکشان‌های کوتوله پیدا کرده‌اند. سیاه‌چاله‌های تازه کشف‌شده، نگاهی اجمالی به داستان زندگی سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم در مرکز کهکشان راه شیری ما دارند.

اعتقاد بر این است که راه شیری به عنوان یک کهکشان مارپیچی غول پیکر از ادغام بسیاری از کهکشان‌های کوتوله کوچکتر ساخته شده است. برای مثال، ابرهای ماژلانی که در آسمان جنوبی دیده می‌شوند، کهکشان‌های کوتوله‌ای هستند که در کهکشان راه شیری ادغام می‌شوند. هر کوتوله‌ای که به داخل می‌افتد ممکن است سیاهچاله‌ای با جرم مرکزی، ده‌ها یا صدها هزار برابر جرم خورشید ما، به همراه داشته باشد که به طور بالقوه توسط سیاه‌چاله مرکزی کهکشان راه شیری بلعیده می‌شود.

اما اینکه کهکشان‌های کوتوله چند وقت یک‌بار حاوی سیاه‌چاله‌ای هستند، ناشناخته است و یک شکاف کلیدی در درک ما از نحوه رشد سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها باقی می‌ماند. تحقیقات جدید منتشر شده در مجله Astrophysical به پر کردن این شکاف کمک می‌کند و نشان می‌دهد که سیاهچاله‌های پرجرم در کهکشان‌های کوتوله چندین برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد رایج هستند.

موگدها پولیمیرا ، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشجوی دکترای UNC-Chapel Hill می‌گوید: «این نتیجه واقعاً ذهن من را شگفت‌زده کرد زیرا این سیاه‌چاله‌ها قبلاً در معرض دید پنهان بودند.

سیاهچاله‌ها معمولاً زمانی شناسایی می‌شوند که با جذب گاز و گرد و غبار ستاره‌ای که اطراف آن‌ها می‌چرخند، رشد می‌کنند که باعث درخشش شدید آنها می‌شود.

پروفسور شیلا کانپان UNC-Chapel Hill، دکترای پلیمرا. مشاور و همکار این مطالعه، سیاهچاله‌ها را با کرم شب تاب مقایسه کرد.

درست مانند کرم شب‌تاب، ما سیاهچاله‌ها را فقط زمانی می‌بینیم که روشن می‌شوند – زمانی که در حال رشد هستند – و سیاه‌چاله‌های روشن به ما سرنخی از تعداد زیادی از ما می‌دهند که نمی‌توانیم ببینیم.

به طور سنتی، ستاره‌شناسان سیاهچاله‌های در حال رشد را از شکل‌گیری ستاره‌های جدید با استفاده از تست‌های تشخیصی متمایز می کنند که بر ویژگی‌های دقیق نور مرئی هر کهکشان تکیه می‌کنند، زمانی که در طیفی مانند رنگین کمان پخش می‌شود.

 مسیر کشف زمانی آغاز شد که دانشجویان کارشناسی که با کانپان کار می‌کردند سعی کردند این آزمایشات سنتی را در داده‌های بررسی کهکشانها اعمال کنند. تیم متوجه شد که برخی از کهکشان‌ها پیام‌های مختلط ارسال می‌کنند – دو آزمایش نشان‌دهنده رشد سیاه‌چاله‌ها است، اما آزمایش سوم فقط شکل‌گیری ستاره‌ها را نشان می‌دهد.

کاناپان گفت: “کار قبلی موارد مبهم مانند اینها را از تجزیه و تحلیل آماری رد کرده بود، اما من تصور می‌کردم که آنها ممکن است سیاهچاله‌های کشف نشده در کهکشان‌های کوتوله باشند.” او مشکوک بود که آزمایش سوم، گاهی متناقض، نسبت به دو آزمایش دیگر نسبت به ویژگی‌های معمولی کوتوله‌ها حساس‌تر است: ترکیب عنصری ساده آنها (عمدتاً هیدروژن و هلیوم اولیه از انفجار بزرگ) و سرعت بالای تشکیل ستاره‌های جدید.

کریس ریچاردسون، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشیار دانشگاه ایلان، با شبیه‌سازی‌های نظری تأیید کرد که نتایج آزمایش پیام مختلط دقیقاً مطابق با آنچه نظریه برای یک کهکشان کوتوله با ترکیب اولیه و بسیار ستاره‌ساز حاوی سیاهچاله‌ای پرجرم در حال رشد است، مطابقت دارد. ریچاردسون گفت: «این واقعیت که شبیه‌سازی‌های من با آنچه که گروه کاناپان یافتند مطابقت داشت، من را هیجان زده کرد تا پیامدهای چگونگی تکامل کهکشان‌ها را کشف کنم.

سرشماری سیاهچاله های در حال رشد

پولیمرا چالش ایجاد یک سرشماری جدید از سیاهچاله‌های در حال رشد را با توجه به انواع سنتی و پیام‌های مختلط انجام داد. او اندازه‌گیری‌های منتشر شده از ویژگی‌های طیفی نور مرئی را برای آزمایش سیاهچاله‌ها در هزاران کهکشان یافت شده در دو بررسی به رهبری کاناپان، RESOLVE و ECO به دست آورد. این بررسی‌ها شامل داده‌های فرابنفش و رادیویی ایده‌آل برای مطالعه شکل‌گیری ستاره‌ها هستند و طراحی غیرمعمولی دارند: در حالی که بیشتر بررسی‌های نجومی نمونه‌هایی را انتخاب می‌کنند که به نفع کهکشان‌های بزرگ و درخشان هستند، RESOLVE و ECO فهرست کاملی از حجم عظیمی از جهان امروزی هستند که در آن‌ها وجود دارد. کهکشان‌های کوتوله فراوان هستند.

پولیمرا گفت: “برای من مهم بود که ما جستجوی سیاهچاله خود را به سمت کهکشان‌های کوتوله سوگیری نکنیم.” اما با نگاهی به کل سرشماری متوجه شدم که نوع جدید سیاهچاله‌های در حال رشد تقریباً همیشه در کوتوله‌ها ظاهر می‌شوند. وقتی برای اولین بار آنها را دیدم از تعداد آنها متحیر شدم.

بیش از 80 درصد از سیاهچاله‌های در حال رشدی که او در کهکشان‌های کوتوله یافت، متعلق به نوع جدید بودند.

نتیجه خیلی خوب به نظر می‌رسید. پولیمرا گفت: «همه ما عصبی شدیم. اولین سوالی که به ذهن من خطور کرد این بود: آیا راهی را از دست داده‌ایم که تشکیل ستاره‌های شدید به تنهایی بتواند این کهکشان‌ها را توضیح دهد؟ او یک جستجوی جامع برای توضیحات جایگزین شامل شکل‌گیری ستاره، مدل‌سازی عدم قطعیت‌ها یا اخترفیزیک عجیب و غریب انجام داد. در پایان، تیم مجبور شد به این نتیجه برسد که سیاهچاله‌های تازه شناسایی شده واقعی هستند.

کاناپان گفت: “ما هنوز هم هیجان زده‌ایم که هزاران ایده بعدی را دنبال کنیم. سیاهچاله‌هایی که پیدا کرده‌ایم بلوک‌های اصلی ابرسیاهچاله‌های پرجرم مانند سیاهچاله‌های کهکشان راه شیری خودمان هستند. چیزهای زیادی وجود دارد که می‌خواهیم در مورد آنها بیاموزیم.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers find hidden trove of massive black holes

by University of North Carolina at Chapel Hill MAY 24, 2022

https://phys.org/news/2022-05-astronomers-hidden-trove-massive-black.html