صدای بلعیدن ستاره‌ها توسط سیاهچاله را بشنوید

پژوهشگران هشت سیستم سیاهچاله‌ای تازه را در کهکشان راه شیری شناسایی کرده‌اند که با بلعیدن ستاره‌ی همدم تکامل می‌یابند و صدای تولید شده از داده‌های آن‌ها که شبیه عبور از یک تونل باد وهم‌آور است، نکات ارزشمندی را درباره‌ی نقش سیاهچاله‌ها در تکامل کهکشان‌ها ارائه می‌دهد.

کشش گرانشی یک سیاهچاله به اندازه‌ای قوی است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. این اجرام اغلب توسط انبوهی از گاز و غبار بسیار داغ احاطه شده‌اند که به‌عنوان قرص برافزایشی شناخته می‌شوند و هنگامی که یک سیاهچاله از این ماده تغذیه می‌کند، انفجارهایی از پرتو ایکس ایجاد می‌کند که توسط گاز جمع شده اطراف سیاهچاله، منعکس می‌شوند و بازتاب می‌یابند.

در یک مطالعه‌ی تازه که ۲ می (۱۲ اردیبهشت) در «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal) منتشر شد، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) از ابزاری با نام مستعار «ماشین پژواک» برای شناسایی هشت سیاهچاله‌ی دوتایی یا منظومه‌هایی با ستاره‌ای که به دور سیاهچاله می‌چرخند، استفاده کردند. این الگوریتم، داده‌های «کاوشگر ترکیب داخلی ستاره‌های نوترونی» (NICER) ناسا را که یک تلسکوپ پرتو ایکس با وضوح بالا در ایستگاه فضایی بین‌المللی است، تجزیه‌وتحلیل می‌کند.

NICER با انتشار اشعه ایکس از منابعی مانند سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی سروکار دارد. تیم پژوهشی با استفاده از این داده‌ها ۲۶ دوتایی سیاهچاله‌ای پرتو ایکس را شناسایی کرد که قبلا به عنوان فوران پرتو ایکس شناخته شده بودند. سپس دانشمندان این تعداد را به ۱۰ سیستم که به اندازه‌ی کافی برای تشخیص پژواک پرتو ایکس، نزدیک و روشن بودند، محدود کردند.

با این کار هشت پژواک قبلا ناشناخته از دوتایی‌های سیاهچاله‌ای پرتو ایکس شناسایی شد. طبق اعلام ام‌آی‌تی، پیش از این، تنها دو سیستم مشابه برای انتشار پژواک پرتو ایکس در کهکشان راه شیری شناخته شده بود.

• سیاهچاله‌های میان‌جرم با بلعیدن پیوسته‌ی ستارگان خوشه‌های متراکم رشد می‌کنند

محققان دریافتند که در میان هشت سیستم شناسایی‌شده، جرم سیاهچاله‌ها بین ۵ تا ۱۵ برابر جرم خورشید است و همگی از ستاره‌های خورشید-مانند تغذیه می‌کنند. با استفاده از این داده‌ها، تیم پژوهشی همچنین تکامل یک سیاهچاله را در حالی که از مواد ستاره‌ای تغذیه می‌کرد، بازسازی و سپس پژواک پرتو ایکس آن را به امواج صوتی تبدیل کرد.

تکامل سیاهچاله

با مقایسه‌ی صدای پژواک‌های این هشت سیستم، دانشمندان یک روند تکاملی مشترک را در نزدیکی سیاهچاله‌ها آشکار کردند. نخست اینکه فوران پرتوهای ایکس توسط سیاهچاله‌ها، چند هفته طول می‌کشد و در این مدت سیاهچاله‌ها تاج‌های درخشان، نواحی پلاسمای پرانرژی که درست خارج از مرزهای سیاهچاله قرار دارند، و جت‌هایی از مواد که تقریبا با سرعت نور حرکت می‌کنند، تولید می‌کنند. سپس طی چند روز، تاج‌ها شروع به محو شدن می‌کنند و با قرار گرفتن سیاهچاله‌ها در حالت کم‌انرژی، جت‌ها به بیرون پراکنده می‌شوند.

با این حال، قبل از ناپدید شدن کامل، سیاهچاله‌ها یک انفجار نهایی از ذرات پرانرژی تولید می‌کنند. این موضوع می‌تواند به توضیح چگونگی ایجاد سیاهچاله‌های اَبَرپرجرم کمک کند. اعتقاد بر این است که چنین سیاهچاله‌هایی در مراکز همه‌ی کهکشان‌های بزرگ قرار دارند و ذرات را در فواصل بسیار زیاد به بیرون پرتاب می‌کنند که در روند شکل‌گیری کهکشان‌ها نقش دارند.

«ارین کارا» (Erin Kara) یکی از نویسندگان این مطالعه و استادیار فیزیک MIT گفت: «نقش سیاهچاله‌ها در تکامل کهکشان‌ها یک پرسش مهم در اخترفیزیک مدرن است. جالب اینجاست که به‌نظر می‌رسد دوتایی‌های سیاه‌چاله‌ای نوعی سیاهچاله‌های کلان‌جرم کوچک هستند و بنابراین با درک فوران‌ها در این منظومه‌های کوچک و نزدیک، می‌توانیم دریابیم که فوران‌های مشابه در سیاهچاله‌های کلان‌جرم چگونه بر کهکشان‌هایی که در آن زندگی می‌کنند، اثر می‌گذارد.»

برخی از گسیل‌های پرتو ایکس رصد شده، از دیسک‌های برافزایشی سیاهچاله‌ها منعکس می‌شوند و پژواک‌هایی از گسیل اولیه ایجاد می‌کنند. بنابراین محققان فاصله‌ی میان تاج سیاهچاله و قرص برافزایشی را بر اساس زمانی که NICER نور را از تاج دریافت کرد، در برابر زمانی که پژواک پرتو ایکس را تشخیص داد، محاسبه کردند. این بررسی به نوبه‌ی خود، نقشه‌ی محیط اطراف سیاهچاله و نکاتی را در مورد چگونگی تکامل تاج و دیسک آن نشان داد.

• سیاهچاله‌های ممنوعه چگونه شکل می‌گیرند؟

علاوه بر این، دانشمندان دریافتند که دوره‌ی انتقالی از حالت پرانرژی به حالت کم‌انرژی در تمام سیاهچاله‌های دوتایی مورد مطالعه، طولانی‌تر شده است، که نشان می‌دهد فاصله‌ی میان تاج و دیسک هم افزایش یافته است. به گفته‌ی محققان این امر ممکن است نتیجه‌ی انبساط اندک تاج طی آخرین انفجار پرانرژی سیاهچاله و پیش از پایان غذای ستاره‌ای و خاموش شدن آن باشد.

کارا تأکید کرد: «ما هنوز در ابتدای راهی هستیم که می‌توانیم از این پژواک‌های نوری برای بازسازی نزدیک‌ترین محیط‌ها به سیاهچاله استفاده کنیم اما اکنون نشان داده‌ایم که این پژواک‌ها معمولا مشاهده می‌شوند و بنابراین می‌توانیم اتصالات بین دیسک، جت و تاج سیاهچاله را به روشی جدید بررسی کنیم.»

عکس کاور: طرحی گرافیکی از فوران پرانرژی پرتو ایکس از یک سیاهچاله
Credit: Aurore Simonnet/NASA Goddard Space Flight Center

منبع: Space