شاید یک سیاهچاله نادر «حلقه گمشده» را در حیاط خلوت آسمانی خودمان شناسایی کرده باشیم!!

ستارگان در خوشه کروی مسیه 4. (ESA/Hubble & NASA)

در قلب یک گروه از ستارگان که در کهکشان راه شیری حرکت می‌کنند، یک هیولا در کمین است.

یک خوشه کروی به نام مسیه 4 که در فاصله 6000 سال نوری از ما قرار دارد، به نظر می‌رسد در اطراف سیاهچاله‌ای با جرم 800 برابر خورشید ما گرد هم آمده است.

این جسم در محدوده جرم متوسطی قرار می‌گیرد که به ندرت دیده می‌شود، بین سیاهچاله‌های کوچکتر و بسیار پرجرم.

تاکنون، تنها کشفیات ما از این سیاهچاله‌ها عمدتاً غیرمستقیم و غیرقابل‌قطع بوده است و این مورد نیز از این قاعده مستثنی نیست.

با این حال، این سیاهچاله یکی از بهترین نامزدها است و به اندازه کافی نزدیک است که مطالعه بعدی را می توان نسبتاً آسان انجام داد. این امر می‌تواند به ما کمک کند تا در نهایت یکی از این اجرام گریزان را پیدا کنیم و یکی از گیج‌کننده‌ترین رازهای سیاهچاله را حل کنیم.

تیمو پروستی، ستاره‌شناس آژانس فضایی اروپا، می‌گوید: «علم به ندرت در مورد کشف چیزی جدید در یک لحظه نمی‌پردازد. “مطمئن شدن گامی برای رسیدن به نتیجه‌گیری است و این امر می‌تواند گامی برای اطمینان از وجود سیاهچاله‌های با جرم متوسط باشد.”

ما تعداد زیادی سیاهچاله را در کیهان شناسایی کرده‌ایم و چیزی بسیار عجیب در مورد توزیع جرم آنها وجود دارد. دو جمعیت متمایز وجود دارد: سیاهچاله‌هایی با جرم ستاره‌ای، تا حدود 100 برابر جرم خورشید و سیاهچاله‌های بسیار پرجرم که در قلب کهکشان ها قرار دارند،‌جرمی میلیونها تا بیلیونها برابر خورشید دارند.

در بین این دو محدوده جرمی وجود ندارد؟ این یک معمای بزرگ است. یا هیچ سیاهچاله‌ای با جرم متوسط وجود ندارد؟ یا آنها آنجا هستند و ما به دلایلی نمی‌توانیم آنها را شناسایی کنیم؟

ما می‌دانیم که سیاهچاله‌ها با جرم ستاره‌ای چگونه شکل می‌گیرند – فروپاشی هسته ستارگان پرجرم و ادغام بین این اجرام. اما ما در مورد شکل‌گیری سیاهچاله‌های کلان جرم چندان مطمئن نیستیم. آیا آنها از ادغام پی در پی سیاهچاله‌های کوچکتر رشد می‌کنند یا مواد را می‌مکند و  متورم می‌شوند؟

سیاهچاله‌های با جرم متوسط می‌توانند سرنخی داشته باشند که نشان می‌دهد می‌توانند از کوچک شروع کنند و در طول زمان بزرگ شوند. مطمئناً بسیار منطقی است، اما کمبود آنها مانع بسیار مؤثری برای این ایده است.

یکی از مکان‌های احتمالی که ممکن است این سیاه‌چاله‌ها در کمین باشند، در قلب خوشه‌های کروی است. خوشه‌های فوق‌العاده چگال و فوق العاده کروی از حدود 100000 تا 1 میلیون یا بیشتر ستاره هستند که عمدتاً در همان زمان از همان ابر گازی تشکیل شده‌اند. مطالعات قبلی که بر روی خوشه‌های کروی متمرکز شده‌اند، غلظت بالایی از جرم را در مراکزشان پیدا کرده‌اند که با محدوده جرمی سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط همخوانی دارد.

مسیه 4 نزدیکترین خوشه کروی به زمین است. تیمی از محققان به رهبری ستاره‌شناس ادواردو ویترال از موسسه علمی تلسکوپ فضایی، از دو تلسکوپ فضایی قدرتمند هابل و گایا برای مشاهده دقیق ستارگان درون آن استفاده کردند. آنها حرکات حدود 6000 ستاره در این خوشه را ردیابی کردند تا ببینند آیا می‌توانند این حرکتها را به مدارهای اطراف یک جرم کوچک و متراکم مرتبط کنند.

ما معمولاً نمی‌توانیم سیاهچاله‌ها را ببینیم، اگر آن‌ها به طور فعال ماده را جمع نمی‌کنند، اما این مدارها یک سرنخ کاملاً قابل اعتماد را تشکیل می‌دهند و محاسبات آنها چیزی را با جرمی حدود 800 جرم خورشیدی نشان داد. اگر چه چیزی که ممکن است باشد نامشخص است.

ویترال می‌‌گوید: «با استفاده از آخرین داده‌های گایا و هابل، تمایز بین جمعیت تاریک بقایای ستاره‌ها و یک منبع نقطه‌مانند بزرگ‌تر ممکن نبود. بنابراین یکی از تئوری‌های ممکن این است که به جای تعداد زیادی اجرام تاریک کوچک مجزا، این جرم تاریک می‌تواند یک سیاه‌چاله با اندازه متوسط باشد.

برای تلاش برای محدود کردن آن، این تیم مدل‌سازی را انجام دادند و ستاره‌ها را حذف کردند تا ببینند چگونه شکل جرم را تغییر می‌دهد. همانطور که ممکن است از انبوهی از سیاهچاله‌های کوچکتر و ستاره‌های نوترونی مشاهده کنید، حذف یک ستاره به‌ویژه سریع‌تر، جرم را در فاصله‌ای دورتر پخش می‌کند. مدل‌سازی‌های بیشتر نشان داد که جرم در یک منطقه به اندازه کافی بزرگ از فضا پخش نمی‌شود که بتوان چنین ازدحام را تشکیل داد.

علاوه بر این، انبوهی از سیاهچاله‌ها آنقدر به هم نزدیک می‌شوند که اساساً آشفتگی ایجاد می‌کنند. فعل و انفعالات گرانشی ستارگان را به خارج از خوشه می‌فرستند و آن را به طور آشفته‌ای در آسمان پخش می‌کنند. در واقع ممکن است قبلاً اثرات این را در خوشه‌ای از ستاره‌ها به نام Palomar 5 دیده باشیم.

ویترال می‌گوید: “ما اطمینان داریم که یک منطقه بسیار کوچک با جرم متمرکز زیادی داریم. این توده تقریباً سه برابر کوچکتر از متراکم ترین توده تاریکی است که قبلاً در سایر خوشه های کروی پیدا کرده بودیم.”

بدون فیزیک جدید یا ستارگان نامرئی، یک سیاهچاله با جرم متوسط محتمل‌ترین توضیح در حال حاضر به نظر می‌رسد. با این وجود، جمعیت سیاهچاله‌های کوچکتر هنوز یک توضیح واقع بینانه است. محققان توصیه می کنند مشاهدات بیشتری از این خوشه با استفاده از هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب برای محدود کردن بهتر حرکات ستارگان درون آن انجام شود.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

We May’ve Detected A Rare ‘Missing Link’ Black Hole in Our Own Celestial Backyard

By MICHELLE STARR 25 May 2023

https://www.sciencealert.com/we-mayve-detected-a-rare-missing-link-black-hole-in-our-own-celestial-backyard