اخترشناسان در پژوهشی جدید روشی تازه برای شناسایی سیاهچالههای کلانجرم سرگردان پیشنهاد کردهاند، اجرامی عظیم که پس از برخورد و ادغام کهکشانها، با سرعتی بسیار زیاد از مرکز کهکشان خود رانده میشوند. این مطالعه نشان میدهد که الگوهای غبار و گازی که همراه این سیاهچالهها حرکت میکنند میتواند به عنوان نشانهای قابل اعتماد برای شناسایی آنها مورد استفاده قرار گیرد.
به گزارش ساینس یلی، سیاهچالههای کلانجرم Supermassive Black Holes یا SMBHs در مرکز بیشتر کهکشانها قرار دارند. هنگامی که دو کهکشان با یکدیگر برخورد میکنند سیاهچالههای مرکزی آنها نیز تحت تاثیر نیروی گرانش وارد یک رقص مداری پیچیده میشوند و بهتدریج به یکدیگر نزدیک شده و در نهایت با هم ادغام میشوند، اما پایان این فرآیند همیشه به باقی ماندن سیاهچاله در مرکز کهکشان ختم نمیشود. در برخی موارد سیاهچاله تازهتشکیلشده با سرعتی فوقالعاده زیاد از مرکز کهکشان به بیرون پرتاب میشود.
چرا سیاهچاله از مرکز کهکشان رانده میشود؟
این پدیده که به پسزنی گرانشی (Gravitational Recoil) معروف است یکی از پیامدهای نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین محسوب میشود. زمانی که دو سیاهچاله با جرمهای متفاوت یا محورهای چرخش (اسپین) نامتقارن با یکدیگر ادغام میشوند امواج گرانشی حاصل از این رویداد به شکل نامتقارن در فضا منتشر میشوند و تکانه بیشتری را در یک جهت حمل میکنند. در نتیجه سیاهچاله نهایی در جهت مخالف مانند یک موشک کیهانی شتاب میگیرد.
در شدیدترین حالتها سرعت این سیاهچالهها میتواند به صدها یا حتی هزاران کیلومتر بر ثانیه برسد؛ سرعتی که آنها را از مرکز کهکشان دور میکند.
جستوجویی چند دههای برای یافتن سیاهچالههای سرگردان
اخترشناسان سالهاست در تلاشاند این سیاهچالههای پسزده یا سرگردان را شناسایی کنند اما این کار بسیار دشوار است. تاکنون بیشتر جستوجوها بر یافتن سیاهچالههایی متمرکز بوده که ظاهرا از مرکز کهکشان خود فاصله گرفتهاند، اما تشخیص قطعی چنین اجرامی به دلیل فاصلههای بسیار زیاد و محدودیتهای رصدی آسان نیست.
اکنون گروهی بینالمللی از پژوهشگران در مقالهای که در پایگاه arXiv منتشر شده، راهکاری متفاوت ارائه کردهاند. به جای تمرکز صرف بر موقعیت مکانی سیاهچاله آنها پیشنهاد میکنند مواد و غباری را که پس از پرتاب همچنان همراه سیاهچاله باقی میمانند بررسی کنیم.
غبار؛ سرنخی ارزشمند برای شناسایی سیاهچالههای سرگردان
به گفته پژوهشگران زمانی که سیاهچاله از مرکز کهکشان رانده میشود تمام مواد اطراف خود را از دست نمیدهد. بخش داخلی و بسیار فشرده قرص برافزایشی (Accretion Disk) که در نزدیکی سیاهچاله قرار دارد همچنان به آن متصل باقی میماند و همراه آن حرکت میکند.
این ناحیه داخلی با بخشی موسوم به ناحیه خطوط پهن (Broad Line Region یا BLR) در ارتباط است، منطقهای که در آن گازها با سرعتهای بسیار بالا حرکت میکنند و خطوط طیفی ویژهای ایجاد میکنند. به دلیل حرکت سریع سیاهچاله این خطوط طیفی تحت تاثیر اثر دوپلر کشیده یا جابهجا میشوند.
پژوهشگران با استفاده از الگویی که سالها پیش در شبیهسازیهای رایانهای پیشبینی شده بود بررسی کردند که آیا میان سرعت سیاهچاله سرگردان و میزان غبار همراه آن ارتباطی وجود دارد یا خیر. اگر این ارتباط وجود داشته باشد میزان غبار میتواند به ابزاری جدید برای یافتن این اجرام تبدیل شود به این معنا که به جای جستوجوی مستقیم سیاهچالهای که از مرکز کهکشان فاصله گرفته میتوان به دنبال نشانههای غبار و موادی بود که همراه آن در فضا حرکت میکنند.
نتایج آماری فرضیه را تقویت کرد
نتایج تحلیلها نشان داد میان میزان جابهجایی سرعت اختروشها (کوازارها) و مقدار غبار اطراف آنها یک همبستگی مثبت و از نظر آماری معنادار وجود دارد.
برای اطمینان از اینکه این نتیجه صرفا یک خطای آماری نیست پژوهشگران آزمایش دیگری نیز انجام دادند. آنها این بار تنها دادههای مربوط به ناحیه خطوط باریک (Narrow Line Region یا NLR) را بررسی کردند، ناحیهای که انتظار میرود هنگام رانده شدن سیاهچاله در مرکز کهکشان باقی بماند و همراه آن حرکت نکند.
همانطور که انتظار میرفت در این بررسی هیچ ارتباط معناداری مشاهده نشد. از دید پژوهشگران این موضوع نشان میدهد که همبستگی مشاهدهشده در ناحیه خطوط پهن واقعی است و میتواند به حرکت سیاهچاله ارتباط داشته باشد.
با این حال پژوهش با یک نکته غیرمنتظره نیز روبهرو شد. دادهها نشان دادند سیاهچالههایی که به سمت زمین حرکت میکنند و در طیف نوری دارای انتقال به آبی (Blue Shift) هستند نسبت به سیاهچالههایی که از ما دور میشوند غبار بیشتری در اطراف خود دارند.
این نتیجه برخلاف پیشبینی مدل ساده پسزنی گرانشی است. پژوهشگران چند توضیح احتمالی برای این اختلاف مطرح کردهاند؛ از جمله احتمال وجود سوگیری در روش برازش خطوط طیفی یا وجود فرآیندهای فیزیکی ناشناختهای که همزمان بر رفتار سیاهچاله اثر میگذارند.
پژوهشگران تاکید میکنند که نتایج این مطالعه تنها یک همبستگی آماری را نشان میدهد و هنوز نمیتوان از آن رابطه علت و معلولی نتیجه گرفت. با این حال، این یافته سرنخ مهمی برای مطالعات آینده به شمار میرود.
انتظار میرود رصدخانههای نسل آینده امواج گرانشی بهویژه ماموریت فضایی LISA متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) بتوانند این فرضیه را با دقت بسیار بیشتری آزمایش کنند.
برآورد پژوهشگران نشان میدهد که ممکن است تا ۵۰ درصد از اختروشهای شناختهشده حاصل ادغام نسبتا اخیر دو سیاهچاله کلانجرم باشند. اگر این برآورد درست باشد ماموریتهایی مانند LISA حجم عظیمی از دادههای ارزشمند برای مطالعه این اجرام در اختیار دانشمندان قرار خواهند داد و شاید سرانجام امکان ردیابی قطعی این غولهای کیهانی عظیم و پرسرعت فراهم شود.
انتهای پیام/