طبق آخرین مطالعات؛

ابر سیاه چاله مرکز کهکشان راه شیری تنها نیست!

ماهیت شکل‌گیری کهکشان‌ها نشان می‌دهد که سیاه چاله‌ها همتا دارند و جفت‌های آن‌ها احتمالا در جهان رایجند.

کد خبر: ۸۱۴۱۶۵

يکشنبه - ۰۱ دی ۱۳۹۸ / December 22, 2019

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، اخترفیزیکدانان به طیف گسترده‌ای از مشکلات تئوری در اختر فیزیک علاقمندند، از تشکیل نخستین کهکشان تا برهمکنش‌های گرانشی سیاه چاله ها، ستاره‌ها و حتی سیارات. سیاه چاله‌ها سیستم‌های خیره کننده‌ای هستند و ابرسیاه چاله‌ها و محیط‌های ستاره‌ای چگال که آن‌ها را احاطه کره‌اند یکی از دورترین مکان‌های جهان ما را به نمایش می‌گذارند.

ابرسیاه چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد Sgr A* نام داشته و جرمی حدودا ۴ میلیون برابر خورشید دارد. سیاه چاله مکانی در فضاست که با گرانش بسیار قوی حتی ذرات و نور نمی‌توانند از آن فرار کنند. اطراف Sgr A* خوشه چگالی از ستاره‌های وجود دارد. اندازه گیری‌های دقیق مدار‌های این ستاره‌ها به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا وجود سیاه چاله را تایید و جرم آن را اندازه گیری کنند. بیش از ۲۰ سال، دانشمندان مدار‌های این ستاره‌های اطراف ابرسیاه چاله را مشاهده می‌کردند. بر اساس مشاهدات اگر سیاه چاله دیگری در آنجا وجود داشته باشد، احتمالا دومین سیاه چاله نزدیک است که حداقل ۱۰۰۰۰۰ برابر جرم خورشید است.

ابرسیاه چاله‌ها و دوستانشان
تقریبا هر کهکشانی از جمله کهکشان ما، یک ابرسیاه چاله با جرمی چندین میلیون برابر جرم خورشید در قلب خود دارد. اخترشناسان هنوز در حال مطالعه این موضوع هستند که چرا قلب کهکشان‌ها اغلب میزبان یک ابرسیاه چاله است که یکی از ایده‌های محبوب، مربوط به احتمال وجود همتای سیاه چاله هاست.

برای درک این ایده، دانشمندان تصمیم گرفتند به زمانی برگردند که جهان ۱۰۰ میلیون ساله بود، به مبدا کهکشان‌های اولیه. آن‌ها از کهکشان‌های امروزی، کوچک‌تر بودند؛ چیزی حدود ۱۰۰۰۰ یا حتی کوچکتر از راه شیری. درون این کهکشان‌ها، ستاره‌های بسیار ابتدایی که می‌مردند و سیاه چاله‌هایی در حدود ۱۰ برابر جرم خورشید می‌ساختند. سیاه چاله‌ها به مرکز گرانش یعنی قلب کهکشان‌ها فرو می‌رفتند. وقتی کهکشان‌ها با ادغام و برخورد بهم رشد می‌کردند، برخورد‌ی بین کهکشان‌ها باعث ایجاد جفت ابرسیاه چاله‌ها شده است. سپس سیاه چاله‌ها برخورد و رشد می‌کنند. سیاه چاله‌ای که بیش از یک میلیون برابر جرم خورشید است، ابرسیاه چاله نامیده می‌شود.

اگر ابرسیاه چاله همتایی داشته باشد که در مداری نزدیک به آن می‌چرخد، مرکز کهکشان با یک چگالی پیچیده‌ای گره خورده است. همراه گرانشی (سیاه چاله دوم) همچنین کشش خودش را روی ستاره‌های نزدیک اعمال کرده و مدار‌های آن‌ها را دچار اختلال می‌کند. دو ابرسیاه چاله دور هم می‌چرخند و همزمان، هرکدام به تنهایی کشش خود را بر ستاره‌های اطرافش وارد می‌کند.

نیرو‌های گرانشی سیاه چاله این ستاره‌ها را می‌کشد و آن‌ها را وادار می‌کند تا مدار‌های خود را تغییر دهند؛ به عبارت دیگر، بعد از تغییر اطراف همتای سیاه چاله، یک ستاره دقیقا به نقطه شروع اولیه بر نمی‌گردد.

با استفاده از درک برهمکنش گرانشی بین همتای ابرسیاه چاله احتمالی و ستاره‌های اطراف، اخترشناسان می‌توانند آنچه برای ستاره‌ها رخ می‌دهد را پیش‌بینی کنند. اخترشناسان می‌توانند پیش بینی‌ها را با مشاهدات مقایسه کرده و مدار‌های احتمالی ستاره‌ها را تعین کنند و بفهمند آیا ابرسیاه چاله همتایی با تاثیرات گرانشی دارد یا نه.

با مطالعه یک ستاره به نام SO-۲، که هر ۱۶ سال یکبار به دور ابرسیاه چاله می‌چرخد می‌توانیم ایده وجود ابرسیاه چاله دوم با جرمی ۱۰۰۰۰۰ برابر خورشید و در فاصله ۲۰۰ برابر فاصله زمین و خورشید را رد کنیم. اما این به معنی نیست که سیاه چاله کوچکتری آنجا وجود ندارد. چنین شیء ممکن است مدار SO-۲ را آنگونه که انتظار داریم تغییر ندهد.

فیزیک ابرسیاه چاله‌ها
اخیرا به ابر سیاه چاله‌ها توجه زیادی شده است. به خصوص در عکس اخیر گرفته شده از مرکز کهکشان M۸۷ که باعث شد دریچه‌ای جدید برای درک فیزیک سیاه چاله باز شود. مجاورت مرکز راه شیری- فقط ۲۴۰۰۰ سال نوری دورتر- آزمایشگاهی برای پرداختن به مسائل اساسی فیزیک ابرسیاه چاله فراهم می‌کند. برا مثال اخترشناسان مشتاقتند تا تاثیر آن‌ها بر ناحیه مرکزی کهکشان‌ها و نقش شان در شکل گیری و توسعه کهکشان‌ها را بدانند. تشخیص یک همتای ابر سیاه چاله در مرکز کهکشان می‌تواند مشخص کند که راه شیری با کهکشان کوچک دیگری در گذشته ادغام شده است.

این همه نتایج مشاهدات ستاره‌های اطراف نیست. اندازه گیری‌های SO-۲ به دانشمندان اجازه می‌دهد تا آزمایش خاصی از نظریه عام نسبیت انیشتین را انجام بدهند. در ماه می‌سال ۲۰۱۸، SO-۲ از فاصله حدود ۱۳۰ برابر فاصله زمین و خورشید، از کنار ابرسیاه چاله گذشت. بر اساس نظریه انیشتین، طول موج نوری که از ستاره ساطع می‌شود، هنگام نزدیک شدن به گرانش قوی ابر سیاه چاله باید کشیده شود. کشش طول موجی که انیشتین پیش بینی کرده است- که ستاره را قرمزتر می‌سازد- شناسایی و ثابت شده که نظریه نسبیت عام انیشتین به طور دقیق فیزیک این گرانش شدید را توصیف می‌کند.

دومین رویکرد مربوط به SO-۲ در حدود ۱۶ سال اتفاق خواهد افتاد و محققان مشتاقند تا پیش بینی‌های بیشتری از نظریه‌های انیشتین را آزمایش کنند. اما اگر ابرسیاه چاله‌ها همتا داشته باشند، نتیجه مورد انتظار جوردیگری خواهد شد. در نهایت، اگر دو ابرسیاه چاله در مرکز کهکشان راه شیری دور هم بچرخند، ممکن است آن‌ها امواج گرانشی ساطع کنند. از ۲۰۱۵، مشاهدات LIGO-Virgo انتشار موج گرانشی از سیاه چاله‌های حاصل از ادغام جرم ستاره‌ها و ستاره‌های نوترونی را شناسایی کرده اند.

هر موج منتشر شده از همتای فرضی ما فرکانس پایین دارد، بسیار پایین‌تر از حد تشخیص شناساگر‌های LIGO-Virgo. اما یک ردیاب معروف به LISA ممکن است بتواند این امواج را تشخیص دهد که به اخترفیزیکدانان کمک خواهد کرد تا بفهند آیا ابرسیاه چاله مرکز کهکشان ما تنهاست یا یک همتا دارد.