قطعه ای از فضا که قدرت ۱۰۰۰۰ خورشید را دارد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو ستاره‌شناسان مدت‌هاست که برای اندازه‌گیری سرعت و قدرت سیاه‌چاله «Cygnus X-۱»، یک سیاه‌چاله ستاره‌ای معروف که تقریباً ۷۲۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد، تلاش می‌کنند.

این سیاه‌چاله به وضوح یک هیولا بود، اما داده‌هایی برای اثبات حجم کار واقعی آن همچنان مبهم باقی مانده بود.

اکنون به لطف یک شبکه جهانی تلسکوپ‌های رادیویی و کمی رصد باد کیهانی، یک تیم به رهبری دانشگاه کرتین (Curtin) سرانجام سرعت فواره‌ها یا جت‌های عظیم آن را تخمین زده است.

این مطالعه به طرز شگفت‌آوری نشان می‌دهد که این جت‌ها مواد را با سرعت ۱۵۰ هزار کیلومتر در ثانیه به فضا پرتاب می‌کنند که نصف سرعت نور است.

برای درک بهتر انرژی، توان خروجی این پرتو‌های دوقلو معادل سوختن همزمان ۱۰ هزار خورشید است.

سیاه‌چاله «Cygnus X-۱» یک سیستم دوتایی پرتو ایکس با جرم بالا و اولین جرم آسمانی است که به طور گسترده به عنوان یک سیاه‌چاله تایید شده است.

این سیستم شامل یک سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای حدود ۲۱ برابر جرم خورشید است که در مداری تنگ با یک ستاره ابرغول عظیم قفل شده است.

همانطور که گرانش سیاه‌چاله مواد را از همدم خود جدا می‌کند، گاز یک قرص برافزایشی درخشان تشکیل می‌دهد که پرتو‌های ایکس شدید ساطع می‌کند و جت‌های نسبیتی را که با سرعت‌های بسیار زیاد حرکت می‌کنند، تغذیه می‌کند.

این سیستم که موضوع یک شرط‌بندی دوستانه بین «استیون هاوکینگ» و «کیپ تورن» بوده است، همچنان یک آزمایشگاه طبیعی برای مطالعه فیزیک خشن گرانش و تکامل کهکشانی است.

با این حال، اندازه‌گیری چیزی که هزاران سال نوری از ما فاصله دارد، اصلا ساده نیست. برای انجام این کار، دکتر استیو پرابو (Steve Prabu)، نویسنده اصلی این مطالعه و تیمش به یک «تلسکوپ به اندازه زمین» روی آوردند که مجموعه‌ای از دیش‌های متصل به هم است که فواصل وسیعی را پوشش می‌دهند.

این تلسکوپ امکان ثبت مجموعه‌ای از تصاویر را فراهم کرد که نشان می‌داد فواره‌ها در حال حرکت هستند. با حرکت سیاهچاله در مدار خود، این باد‌ها به فواره‌های آن برخورد می‌کنند و آنها را هل می‌دهند و خم می‌کنند.

در نهایت، قدرت فواره‌ها با اندازه‌گیری میزان انحراف آنها ناشی از باد ستاره مجاور تعیین شد.

تثبیت جهان

ستاره‌شناسان و فیزیکدانان عمدتاً شبیه‌سازی‌های کامپیوتری عظیمی را برای درک چگونگی رشد جهان می‌سازند.

این مدل‌ها بر یک فرض خاص متکی هستند؛ اینکه ۱۰ درصد از انرژی آزاد شده توسط ماده‌ای که در حال سقوط به سیاه‌چاله است، به صورت فواره منتشر می‌شود. تا به حال، قانون ۱۰ درصد عمدتاً یک حدس آگاهانه بود.

پروفسور جیمز میلر-جونز (James Miller-Jones)، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: اکنون می‌توانیم از این اندازه‌گیری برای تثبیت درک خود از جت‌ها استفاده کنیم، چه از سیاه‌چاله‌هایی با جرم ۱۰ برابر یا ۱۰ میلیون برابر خورشید باشند.

چه یک سیاه‌چاله ۱۰ برابر خورشید جرم داشته باشد و چه ۱۰ میلیون برابر، به نظر می‌رسد فیزیک آن یکسان است. داده‌ها تأیید کردند که راندمان ۱۰ درصدی مورد استفاده در شبیه‌سازی‌ها به طرز چشمگیری دقیق است.

جت‌های سیاه‌چاله معماران کیهان هستند. جت‌ها انرژی را به گاز بین ستاره‌ها پمپ می‌کنند و از تشکیل سریع ستاره‌های جدید جلوگیری می‌کنند و در نتیجه رشد کل کهکشان‌ها را تنظیم می‌کنند.

با آرایه کیلومتر مربعی (SKA) که در حال حاضر در غرب استرالیا در حال ساخت است، ستاره‌شناسان به زودی قادر خواهند بود میلیون‌ها نمونه از این جت‌ها را در سراسر نقاط دوردست فضا ببینند.

متخصصان اکنون به لطف «جت‌های رقصان» سیاه‌چاله «Cygnus X-۱» خط‌کش کاملی برای اندازه‌گیری آنها دارند.

این پیشرفت، امکان مقایسه مستقیم خروجی جت با انرژی پرتو ایکس فوری آزاد شده توسط ماده‌ای که به درون سیاه‌چاله سقوط می‌کند را فراهم می‌کند و تصویر بسیار دقیق‌تری از نحوه عملکرد این موتور‌های کیهانی ارائه می‌دهد.

این یافته‌ها در مجله Nature Astronomy منتشر شده‌اند.