سیاه‌چاله کهکشان راه شیری شعله‌های اسرارآمیز منتشر می‌کند
1
جهان پر از شگفتی است، اما معدود پدیده‌هایی به اندازه درخشش غیرقابل پیش‌بینی یک سیاه‌چاله ابرپرجرم جذاب و مسحورکننده هستند. در قلب کهکشان راه شیری، در فاصله ۲۶ هزار سال نوری از زمین، سیاه‌چاله کمان ای (Sagittarius A) در یک نمایش کیهانی بی‌پایان، می‌درخشد و شعله‌ور می‌شود.
برخلاف تاریکی آرامی که اغلب با سیاه‌چاله‌ها مرتبط است، این سیاه‌چاله هیچ شباهتی به سکوت ندارد.
تصور کنید یک گوی دیسکویی در اعماق فضا که انفجارهای انرژی را در سراسر کیهان منتشر می‌کند. این دینام کیهانی، درخشش‌های سریعی ایجاد می‌کند که برخی فقط چند ثانیه دوام می‌آورند، در حالی که برخی دیگر برای مدت طولانی به شدت می‌سوزند.
شعله‌های این سیاه‌چاله، که در بازه‌های زمانی مختلف ظاهر می‌شوند، با هیچ‌یک از پیش‌بینی‌های اخترشناسان مطابقت ندارند.
با تشکر از تلسکوپ فضایی جیمز وب، محققان اکنون شفاف‌ترین و طولانی‌ترین نمای ممکن از این فعالیت شگفت‌انگیز را دارند که الگوی هرج‌ومرج‌گونه اما هیجان‌انگیزی را آشکار می‌کند.
شعله‌های اسرارآمیز یک سیاه‌چاله
سیاه‌چاله‌ها برای دهه‌ها پدیده‌هایی اسرارآمیز باقی مانده‌اند، زیرا نیروی گرانشی عظیم آن‌ها همه چیز را در مسیرشان می‌بلعد.
دانشمندان تاکنون فقط از طریق مشاهدات غیرمستقیم، مانند تأثیرات آن بر ستارگان اطراف یا تابشی که از گازهای داغ اطراف آن ساطع می‌شود، توانسته‌اند آن‌ها را مطالعه کنند.
اما اکنون، با استفاده از دوربین فروسرخ نزدیک وب (NIRCam)، اخترفیزیکدانان می‌توانند کمان ای* را همان‌گونه که در حال فعالیت است، مشاهده کنند.
وب توانسته است رشته‌ای پیوسته از شعله‌ها را که از دیسک برافزایشی (حلقه‌ای از گاز و گردوغبار که سیاه‌چاله را احاطه کرده است) منتشر می‌شود، ثبت کند.
این شعله‌ها شدت‌های متفاوتی دارند؛ برخی همچون جرقه‌های زودگذر و برخی دیگر مانند انفجارهای خیره‌کننده و طولانی هستند. آنچه این کشف را حتی شگفت‌انگیزتر می‌کند، غیرقابل پیش‌بینی بودن این پدیده است.
سیاه‌چاله‌ای که هرگز آرام نمی‌گیرد
فرهاد یوسف‌زاده از دانشگاه نورث‌وسترن، که سرپرستی این پژوهش را بر عهده داشته، فعالیت این سیاه‌چاله را به نمایشی دائماً در حال تغییر از نور تشبیه کرده است.
او توضیح می‌دهد:
“در داده‌های ما، روشنایی همیشه در حال تغییر و جوشیدن بود. و سپس، ناگهان یک انفجار بزرگ از روشنایی ظاهر شد. سپس دوباره همه‌چیز آرام شد.”
“ما هیچ الگوی مشخصی در این فعالیت پیدا نکردیم. به نظر می‌رسد این رویدادها تصادفی هستند. هر بار که به آن نگاه می‌کردیم، فعالیت آن متفاوت و هیجان‌انگیز بود.”
این یافته‌ها تصویری از یک سیاه‌چاله بی‌قرار را نشان می‌دهد. دیسک برافزایشی اطراف کمان ای* به طور مداوم انرژی آزاد می‌کند و یک نمایش بی‌پایان از آتش‌بازی‌های کیهانی را خلق می‌کند.
رصد یک غول ناپایدار
تیم پژوهشی، کمان ای* را در طول یک سال رصد کرد و در مجموع ۴۸ ساعت نظارت مستقیم در بازه‌های ۸ تا ۱۰ ساعته انجام داد. این مشاهدات طولانی‌مدت به آن‌ها اجازه داد تا رفتار این سیاه‌چاله را دنبال کنند و فعالیت مداوم و شعله‌ور شدن‌های آن را ثبت کنند.
نتایج فراتر از انتظار بود. اگرچه دانشمندان انتظار برخی شعله‌ها را داشتند، اما فرکانس و شدت این انفجارها غیرمنتظره بود.
دیسک برافزایشی این سیاه‌چاله روزانه ۵ تا ۶ شعله بزرگ تولید می‌کند که در میان آن‌ها، انفجارهای کوچک و غیرقابل پیش‌بینی رخ می‌دهد. برخی از این انفجارها کم‌نور و کوتاه هستند، در حالی که برخی دیگر آن‌چنان درخشان‌اند که از کل یک منظومه ستاره‌ای هم پرنورتر دیده می‌شوند.
دلیل شعله‌های سیاه‌چاله چیست؟
علیرغم این نمایش پرهرج‌ومرج، پژوهشگران معتقدند دو فرایند متفاوت باعث این شعله‌های سیاه‌چاله می‌شود:
شعله‌های کوچک و کوتاه‌مدت احتمالاً به دلیل آشفتگی‌های جزئی در دیسک برافزایشی رخ می‌دهند.
این آشفتگی‌ها باعث می‌شوند حباب‌هایی از پلاسما (گاز داغ و باردار الکتریکی) فشرده شوند و در نتیجه فوران‌های کوتاه و ناگهانی انرژی رخ دهد.
یوسف‌زاده این پدیده را با شراره‌های خورشیدی مقایسه می‌کند:
“مشابه چگونگی فشرده‌شدن و سپس انفجار میدان مغناطیسی خورشید، اما در محیطی بسیار شدیدتر و پرانرژی‌تر.”
شعله‌های قدرتمندتر احتمالاً به دلیل اتصال مجدد میدان‌های مغناطیسی رخ می‌دهند.
این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که میدان‌های مغناطیسی درهم‌تنیده در دیسک برافزایشی، به طور ناگهانی شکسته و بازآرایی شوند و مقدار عظیمی از انرژی را آزاد کنند.
یوسف‌زاده توضیح می‌دهد:
“این رویداد مانند جرقه‌ای از الکتریسیته ساکن است که باعث یک تخلیه ناگهانی انرژی می‌شود.”
از دست رفتن انرژی در شعله‌های سیاه‌چاله
یکی از شگفت‌انگیزترین یافته‌ها از مشاهدات تلسکوپ جیمز وب، تأخیر زمانی جزئی در درخشش شعله‌های سیاه‌چاله بود.
NIRCam قادر است دو طول موج مختلف (۲.۱ و ۴.۸ میکرون) را به طور همزمان مشاهده کند. پژوهشگران متوجه شدند که رویدادها در طول موج کوتاه‌تر زودتر از طول موج بلندتر رخ می‌دهند.
این تأخیر از چند ثانیه تا ۴۰ ثانیه متغیر بود.
یوسف‌زاده می‌گوید:
“این اولین باری است که تأخیر زمانی در این طول موج‌ها دیده شده است.”
این یافته نشان می‌دهد که ذرات مسئول این انتشار، به تدریج انرژی خود را از دست می‌دهند و ابتدا در طول موج‌های کوتاه‌تر کم‌نور می‌شوند و سپس در طول موج‌های بلندتر محو می‌شوند.
نگاهی عمیق‌تر به این هرج‌ومرج
برای درک بهتر کمان ای*، پژوهشگران امیدوارند مشاهدات طولانی‌تری انجام دهند و به مدت ۲۴ ساعت مداوم آن را رصد کنند.
یوسف‌زاده توضیح می‌دهد:
“اگر بتوانیم برای ۲۴ ساعت مداوم رصد کنیم، می‌توانیم نویز را کاهش داده و ویژگی‌هایی را ببینیم که تاکنون پنهان مانده بودند. این کار فوق‌العاده خواهد بود.”
پرسش‌های مهمی که پژوهشگران می‌خواهند به آن‌ها پاسخ دهند:
آیا شعله‌های این سیاه‌چاله الگوی مخفی دارند؟
آیا عوامل خارجی بر تعداد این انفجارها تأثیر می‌گذارند؟
یا این تصادفی بودن، یک ویژگی ذاتی این سیاه‌چاله است؟
پنجره‌ای به ناشناخته‌ها
کمان ای همچنان درک دانشمندان از سیاه‌چاله‌ها را به چالش می‌کشد. تلسکوپ فضایی جیمز وب دیدی بی‌سابقه از قلب کهکشان ما ارائه می‌دهد و رازهای بیشتری را درباره این اجرام کیهانی فاش می‌کند.
این مطالعه در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
