ستارهشناسان پس از ۵۰ سال معمای سیاهچاله راه شیری را حل کردند
در مرکز کهکشان راه شیری، سیاهچالهای کلانجرم به نام کمان ای* (Sagittarius A*) قرار دارد که سالهاست یکی از مهمترین اهداف مطالعه اخترشناسان به شمار میرود. اکنون پژوهشگران برای نخستین بار شواهد مستقیمی از وجود جریانی از گاز داغ یا «باد» در اطراف این سیاهچاله یافتهاند.
سیاهچاله مرکز راه شیری جرمی حدود ۴ میلیون برابر خورشید دارد. اگر جرم زمین را معیار قرار دهیم، جرم این سیاهچاله بیش از یک تریلیون برابر زمین است. با وجود چنین جرم عظیمی، تمام این ماده در ناحیهای فشرده شده که قطرش تنها حدود دوهزار برابر قطر زمین است. این چگالی فوقالعاده زیاد باعث میشود گرانش سیاهچاله آنقدر قوی باشد که حتی نور نیز پس از عبور از مرز مشخصی، دیگر نتواند از آن فرار کند.
دانشمندان مدتهاست گمان میکنند در مرکز تقریباً همه کهکشانها، سیاهچالههای کلانجرم وجود دارند. بااینحال، اگرچه کمان ای* نزدیکترین نمونه از این نوع سیاهچالهها به زمین است و بیش از هر سیاهچاله کلانجرم دیگری مورد مطالعه قرار گرفته، تاکنون هیچ نشانه مستقیمی از بادهای گازی خارجشونده از آن مشاهده نشده بود.
برای نخستین بار، شواهد مستقیمی از وجود باد داغ خروجی از اطراف سیاهچاله کمان ای* در مرکز کهکشان راه شیری به دست آمده است
یکی از دلایل دشواری این رصد، موقعیت ما در داخل کهکشان راه شیری است. مورچیکووا توضیح میدهد: «برای مشاهده سیاهچاله خودمان باید از میان صفحه کهکشان نگاه کنیم. این مسیر مملو از گاز، غبار و ساختارهای یونیده است و دیدن آنچه را که در مرکز کهکشان رخ میدهد، بسیار دشوار میکند.»
برای حل مشکل، النا مورچیکووا و مارک گورسکی از دانشگاه نورثوسترن همراه با همکارانشان دادههای جمعآوریشده توسط آرایه بزرگ میلیمتری و زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) را بررسی کردند. این مجموعه تلسکوپهای رادیویی در صحرای آتاکامای شیلی قرار دارد و یکی از قدرتمندترین ابزارهای دنیا برای مطالعه گازهای سرد میانستارهای محسوب میشود.
به گزارش ساینتیفیک آمریکن، پژوهشگران با استفاده از این دادهها تصویری دقیق از گاز مولکولی سرد پیرامون کمان ای* تهیه کردند. سپس نور رادیویی بسیار درخشانی را که از نزدیکی سیاهچاله میآمد از تصویر حذف کردند تا بتوانند ساختارهای کمنورتر را مشاهده کنند.
پس از این پردازش، ساختارهایی ظاهر شدند که پیشتر قابل مشاهده نبودند. برجستهترین آنها حفرهای مخروطیشکل بود که حدود سه سال نوری طول داشت. برای درک بهتر این اندازه باید توجه داشت که هر سال نوری برابر با مسافتی است که نور در یک سال طی میکند؛ یعنی حدود ۹٫۵ تریلیون کیلومتر. بنابراین طول این ساختار به دهها تریلیون کیلومتر میرسد.
- خورشید ما و دیگر ستارگان ممکن است از مرکز کهکشان راه شیری گریخته باشند16 فروردین 05مطالعه '3
- آیا کهکشان راه شیری به دور چیزی میچرخد؟09 خرداد 03مطالعه '3
- ستارهشناسان بزرگترین نقشه سهبعدی از جهان را منتشر کردند02 اردیبهشت 05مطالعه '3
دانشمندان سپس دادههای رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا را نیز بررسی کردند و متوجه شدند همان حفره مخروطیشکل در تصاویر پرتو ایکس نیز دیده میشود. مشاهده این ساختار در دو طول موج کاملاً متفاوت، احتمال واقعی بودن آن را بسیار افزایش داد.
به اعتقاد پژوهشگران، این حفره مخروطی اثر مستقیم بادی است که از نزدیکی سیاهچاله به بیرون میوزد. اما این باد چگونه شکل میگیرد؟
وقتی گازهای موجود در مرکز کهکشان به اندازه کافی به کمان ای* نزدیک میشوند، تحتتأثیر گرانش شدید آن قرار میگیرند. این گازها به تدریج گرم شده و شروع به چرخش به دور سیاهچاله میکنند. هرچه ماده به سیاهچاله نزدیکتر میشود، سرعت گردش آن افزایش مییابد و در نواحی داخلی میتواند به کسری قابل توجه از سرعت نور برسد.
این گاز داغ و چرخان، ساختاری تخت و دیسکمانند به نام قرص برافزایشی ایجاد میکند. قرص برافزایشی در واقع مخزن مادهای است که در نهایت به درون سیاهچاله سقوط خواهد کرد. بااینحال، همه ماده موجود در این قرص سرانجام وارد سیاهچاله نمیشود.
مورچیکووا توضیح میدهد که در نزدیکی سیاهچاله، گاز تحت فشار شدیدی از سوی تابشهای پرانرژی قرار دارد. علاوه بر این، بیثباتیها و فورانهای مختلفی نیز در گاز رخ میدهد. مجموعه این عوامل باعث میشود بخشی از گاز داغ به جای سقوط به درون سیاهچاله، به بیرون پرتاب شود. به گفته او، در واقع مقدار مادهای که از این طریق از منطقه مرکزی خارج میشود از مقدار مادهای که وارد سیاهچاله میشود بیشتر است.
این جریان خروجی معمولاً شکلی مخروطی دارد. در برخی سیاهچالهها، اگر میدان مغناطیسی بسیار نیرومندی وجود داشته باشد، این جریان به جای پخششدن در یک مخروط پهن، در ستون باریکی متمرکز میشود. چنین ساختاری جت یا فوران نسبیتی نامیده میشود؛ پدیدهای که در بسیاری از هستههای فعال کهکشانی مشاهده شده است.
سیاهچاله مرکز کهکشان حتی در وضعیت ظاهراً آرام نیز میتواند انرژی قابل توجهی به محیط اطراف خود منتقل کند
کشف جدید تصویر تازهای از سیاهچاله مرکز راه شیری ارائه میدهد. برخلاف تصور رایج که سیاهچالهها را اجرامی کاملاً منفعل میداند که فقط ماده را میبلعند، نتایج جدید نشان میدهد حتی زمانی که کمان ای* در حال فوران یا فعالیت شدید نیست، باز هم میتواند از طریق بادهای گازی بر محیط اطراف خود اثر بگذارد و انرژی را در ناحیه مرکزی کهکشان توزیع کند.
پژوهشگران امیدوارند مطالعه دقیقتر این باد به درک بهتر نحوه تعامل سیاهچالههای کلانجرم با کهکشانهای میزبانشان کمک کند. چنین تعاملاتی نقش مهمی در تکامل کهکشانها، توزیع گاز میانستارهای و حتی شکلگیری نسلهای جدید ستارگان دارند.
پژوهش در ژورنال Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.