مطالعه نشان می‌دهد که ابرسیاهچالههای پرجرم ممکن است از آغازی نسبتاً آرام به وجود بیایند!!
همه ما می‌دانیم که یک ابرسیاهچاله پرجرم در مرکز کهکشان ما وجود دارد. آن را Sagittarius A* (به اختصار Sgr A*) می‌نامند و جرم آن 4 میلیون خورشید است. چند هفته پیش یک تصویر رادیویی از آن دیدیم که دیسک برافزایش آن را نشان می‌داد.
بنابراین، ما می‌دانیم که آنجاست. ستاره‌شناسان می‌توانند کارهای آن را ترسیم کنند زیرا گهگاه ماده را می‌بلعد و می‌توانند ببینند که چگونه بر ستاره‌های مجاور تأثیر می‌گذارد.
چیزی که ستاره‌شناسان هنوز در تلاش برای درک آن هستند این است که Sgr A* چگونه شکل گرفت.
به نظر می‌رسد که پاسخ شامل سیاهچاله‌های کوچکتر است، به ویژه سیاهچالههایی که از کهکشانهای به اصطلاح کوتوله هستند. طبق مقاله‌ای که هفته گذشته در مجله Astrophysical توسط ستاره‌شناسان دانشگاه کارولینای شمالی در چاپل هیل منتشر شد، خزانه کاملی از آنها وجود دارد.
این چیزها در داخل بسیاری از کوتوله‌ها قرار دارند و ممکن است حلقه گمشده‌ای برای رشد سیاهچاله‌های کلان جرم در کهکشانهای بزرگتر فراهم کنند.
سیاهچاله‌های پرجرم (و ابرپرجرم) و خانه‌های آنها
بنابراین، بیایید کمی بیشتر به این موضوع بپردازیم و از ابرسیاهچالههای پرجرم شروع کنیم.
آنها در قلب بسیاری از کهکشانها نهفته‌اند. این هیولاها میلیونها یا بیلیونها برابر جرم خورشید را دارا هستند. چگونه آنها اینقدر بزرگ شدند؟
پاسخ شامل موضوعی است که ما در علم نجوم و سیاره‌شناسی می‌بینیم: مدلهای سلسله مراتبی. این یک راه فانتزی برای گفتن این است که چیزهای بزرگ از چیزهای کوچکتر ایجاد می‌شوند.
برای مثال، سیارات از دانه‌های غباری که به هم می‌چسبند و سنگ‌هایی را می‌سازند که با هم برخورد می‌کنند و سیارک‌هایی را می‌سازند که با هم برخورد می‌کنند و خرده‌سیاره‌هایی را به وجود می‌آورند که بر روی یکدیگر می‌تابند و سیاره‌ها را می‌سازند.
تشکیل کهکشان نیز مدل سلسله مراتبی خود را دارد. چه چیزی یکی از آن شهرهای ستاره‌ای را ایجاد می‌کند؟ کهکشان هایی مانند کهکشان راه شیری با مجموعه‌ای از گاز در اوایل کیهان شروع به کار کردند.
آن گاز ستاره‌هایی را تشکیل داد که تکامل یافتند، مردند و مواد خود را پخش کردند تا به ایجاد نسل های جدید ستاره‌ها (و سیارات آنها) کمک کنند.
از بسیاری جهات، کهکشانهای کوتوله بیشتر شبیه کهکشانهای اولیه هستند تا کهکشانهای مارپیچی و بیضوی تکامل یافته.
بسیار خوب، بنابراین ما در اینجا کارها را ساده کردیم تا نگاهی به موضوع پیچیده‌ای بیاندازیم که کل کتاب های درسی را در بر می‌گیرد و حتی قبل از اینکه به ادغام کهکشانها برسیم.
رشد یک کهکشان بزرگ از کوچولوها
بیایید با دقت بیشتری به گذشته کهکشان راه شیری نگاه کنیم. تاریخچه ادغام گسترده‌ای دارد که به بیلیونها سال قبل بازمی‌گردد. حدود 14 بیلیون سال پیش به صورت یک نوزاد (شاید یک کوتوله بود) شروع شد. بچه‌های کوچک دیگر با آن ادغام شدند.
در نهایت، ما به کهکشانی خانگی رسیدیم که امروز همه آن را می‌شناسیم و دوست داریم. (و فراموش نکنیم که در واقع چند بیلیون سال دیگر با کهکشان آندرومدا ادغام خواهد شد.)
بنابراین، آن بچه‌های کوچکی که ادغام شدند تا راه شیری فعلی را بسازند. به احتمال زیاد برخی کوتوله بودند. آنها پسرعموهای کوچک مارپیچ‌ها و بیضوی‌های بزرگ هستند. یک نمونه معمولی شاید هزار تا یک بیلیون ستاره و شکلی نامنظم دارد.
ستاره‌های آنها همان چیزی است که ستاره‌شناسان آن را «فقیر از فلز» می‌نامند (به این معنی که بیشتر هیدروژن و هلیوم هستند) و این کهکشانهای کوچک عجیب و غریب در اطراف کهکشانهای بزرگتر مانند کرم شب تاب ازدحام می‌کنند. حتی گاهی گرفتار و بلعیده می‌شوند.
کهکشان راه شیری حدود 20 عدد از آنها دارد که به دور آن می‌چرخند. یکی – کوتوله قوس – با خواندن این مطلب در حال هم‌نوع‌خواری است.
به نظر می‌رسد کهکشانهای کوتوله‌ای مانند این می‌توانند چیزی به نام «سیاهچاله‌های در حال رشد» را به عنوان بخشی از ساختار خود داشته باشند. چگونه این را بدانیم؟ ستاره‌شناسان راه‌هایی برای بررسی کیهان مجاور پیدا کردند تا به دنبال کهکشانهای کوتوله کاندید با چنین سیاهچالههایی در حال رشد بگردند.
یافتن سیاهچالهها در همه مکانهای کوچک
تیم کارولینای شمالی در واقع تعدادی از این کوتوله‌ها را پیدا کردند. همه چیز از آنجا شروع شد که آنها این سوال را مطرح کردند: سیاهچاله‌های پرجرم از کجا می‌آیند؟
به نظر می‌رسد پاسخ این است که آنها در اثر برخورد با سیاهچاله‌های دیگر رشد می‌کنند. این به روش مدل سلسله مراتبی منطقی است.
سیاهچاله‌های کوچک با جرم ستاره‌ای می‌توانند به‌خصوص در محیط‌های شلوغ (مانند کهکشانهای کوتوله یا خوشه‌های انبوه مستقر) با هم برخورد کنند. در نهایت، آنها سیاهچاله‌های بزرگتر را تشکیل می‌دهند.
چنین “سیاهچاله‌های در حال رشد” در کهکشانهای بزرگ و درخشان دیده می‌شود، اما در مورد کوتوله‌ها چطور؟ آیا آنها می‌توانند سیاهچاله‌های در حال رشد داشته باشند؟ اگر چنین کنند، در چنین کهکشانهای کوچکی چقدر فراوان هستند؟ و آیا آنها می‌توانند کلیدی برای درک رشد سیاهچاله‌های پرجرم باشند؟
برای دریافت پاسخ به همه این سؤالات، تیمی به رهبری شیلا کانپان و موگدا پولیمر از اعضای هیئت علمی UNC-Chapel Hill دست به کار شدند.
آنها داده‌های کهکشانها را از چندین بررسی برای یافتن شواهدی از رشد سیاهچالهها تجزیه و تحلیل کردند. این تیم به دنبال گسیل‌های درخشانی مانند آن‌هایی بودند که می‌بینید نشان‌دهنده شکل‌گیری ستاره یا اطراف قرص‌های برافزایش سیاهچاله است.
داده‌های آنها از بررسی آسمان دیجیتال اسلون، به‌علاوه طیف‌سنجی حل‌شده یک حجم محلی (RESOLVE) و کاتالوگ زمینه محیطی (ECO) به دست آمد.
آنها شواهدی از رشد سیاهچالهها در درصد قابل توجهی از کهکشانهای کوتوله پیدا کردند. این کهکشانها گاهی اوقات از بررسی کهکشانهای درخشانتر و بزرگتر «پرتاب می‌شوند» زیرا انتشار آنها به‌خوبی شناخته نشده است (یا نمی‌شود).
به نظر می‌رسد، آنها گنجینه‌ای برای تحقیقات سیاه چاله هستند.
انتشارات درخشان سیاهچالهها را آشکار می‌کند
سرنخ در تشعشعات شدیدی بود که نواحی اطراف آن سیاهچالهها منتشر می‌کنند.
کاناپان این کشف سیاهچاله را با منبع نور آشنا در برخی از نقاط زمین مقایسه کرد.
او گفت: «درست مانند کرم شب‌تاب، ما سیاهچالهها را فقط زمانی می‌بینیم که درخشان می‌شوند – زمانی که در حال رشد هستند – و سیاهچاله‌های درخشان به ما سرنخی می‌دهند که چه تعداد از آنها را نمی‌توانیم ببینیم».
اساسا، کاناپان و تیم در مورد کهکشانهای کوتوله با سیاهچاله‌های فعال در قلبشان صحبت می‌کنند (به عبارت دیگر، هسته‌های فعال کهکشانی).
البته دلایل دیگری نیز وجود دارد که یک کهکشان کوتوله می‌تواند انتشارات قوی داشته باشد. برای مثال، کوتوله‌ها می‌توانند جهش‌های عظیمی از تشکیل ستاره داشته باشند. این فعالیت باعث گسیل‌های طیفی درخشان نیز می‌شود.
پولیمرا گفت: «همه ما عصبی شدیم. اولین سوالی که به ذهن من رسید این بود: آیا راهی را از دست داده‌ایم که تشکیل ستاره‌های افراطی به تنهایی بتواند این کهکشانها را توضیح دهد؟
پولیمرا سال‌ها صرف تحقیق در مورد توضیح جایگزین برای AGN کهکشانهای کوتوله کرد. پس از حذف همه احتمالات دیگر، سیاهچاله‌های در حال رشد به بهترین وجه با داده‌ها مطابقت دارند.
پیامدهای رشد هیولاهای سیاه‌چاله‌ای
کشف سیاهچاله‌های در حال رشد در کهکشانهای کوتوله ما را به راه شیری و سیاهچاله مرکزی آن بازمی‌گرداند.
براساس نتایج تحقیقات کارولینای شمالی، Sgr A* به احتمال زیاد مانند کهکشان ما رشد کرده است. نه تنها ادغامهای گذشته آن ستاره‌ها را در هم می‌آمیخت، بلکه هر کوتوله می‌توانست سیاهچاله در حال رشد خود را نیز به همراه داشته باشد.
آنها باید جایی می‌رفتند، درست است؟ بنابراین، چرا آنها یکدیگر را جذب نمی‌کنند تا به عظمت Sgr A* بیفزایند؟
کاناپان گفت: «سیاهچالههایی که ما پیدا کرده‌ایم بلوک‌های اصلی ابرسیاهچالههای پرجرم مانند سیاهچالههایی هستند که در راه شیری خودمان وجود دارد. چیزهای زیادی وجود دارد که ما می‌خواهیم در مورد آنها یاد بگیریم.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Supermassive Black Holes May Come From Comparatively Humble Beginnings, Says Study
CAROLYN COLLINS PETERSEN, UNIVERSE TODAY
28 MAY 2022
https://www.sciencealert.com/supermassive-black-holes-may-come-from-comparatively-humble-beginnings-says-study