منشا مرموز بزرگترين سياهچاله هاي جهان
آنها بزرگترين سياهچاله هاي جهان هستند كه شناخته شده اند، ميلياردها برابر جرم خورشيد ما، اما اطلاعات كمي در مورد چگونگي شكل گيري و بزرگ شدن اين هيولاها وجود دارد. تلسكوپ ها و تكنيك هاي جديد روش جديدي را براي نگاه كردن به اين غول ها به ما مي دهند.
✅ پيدايش سياهچاله هاي جهان
در نيمه راه بين شكم دلفين و سم عقب پگاسوس اسب پرنده، يك چرخ دنده بكر در فضا سقوط مي كند. براي ميلياردها سال، بازوهاي مارپيچي كهكشان UCG 11700 در آرامش چرخيده اند و از برخوردها و ادغام هايي كه بسياري از كهكشان هاي ديگر را تغيير شكل داده اند، دست نخورده اند. اما در حالي كه كهكشان مارپيچي مانند UCG 11700 ديدني است، چيزي هيولايي در ميان آن پنهان شده است. در قلب اين چرخ كيهاني زيباي كاترين، يكي از مرموزترين اجرام در كيهان است - يك سياهچاله بسيار پرجرم. در حالي كه سياهچاله هاي استاندارد با جرمي حدود چهار برابر خورشيد ما شروع مي شوند، اقوام عظيم آنها ميليون ها و گاهي ميلياردها برابر جرم دارند. دانشمندان بر اين باورند كه تقريباً هر كهكشان بزرگي در قلب خود يك سياهچاله بسيار پرجرم دارد. جز اينكه هيچ كس نمي داند چگونه به آنجا رسيده اند. اينجاست كه كهكشان UCG 11700 مي تواند مفيد واقع شود.
✅ سياهچاله هاي پرجرم
بكي اسمتو رست، محقق جوان در دانشگاه آكسفورد كه سياهچاله هاي كلان پرجرم را مطالعه مي كند، مي گويد: «كهكشان هاي ايده آل براي مطالعه من، زيباترين و كامل ترين مارپيچ هايي هستند كه مي توانيد به آنها فكر كنيد. زيباترين كهكشانهايي هستند كه ميتوانند به ما در حل معماي چگونگي رشد اين سياهچالهها كمك كنند.» بزرگترين سياهچاله هاي جهان آنقدر متراكم هستند كه حتي نور نيز نمي تواند از مركز آن فرار كند، يادگيري در مورد آن را دشوار مي كند. اما تكنيكهاي جديدي كه به دنبال اثرات سياهچالههاي كلان جرم بر روي اجرام بينستارهاي اطرافشان هستند و حتي در امواجي كه در بافت فضا و زمان ايجاد ميكنند، سرنخهاي جديدي ارائه ميدهند. راز كمي در مورد چگونگي شكل گيري و رشد سياهچاله ها وجود دارد. سوخت يك ستاره در حال مرگ تمام مي شود، در يك ابرنواختر منفجر مي شود، در خود فرو مي ريزد و چنان متراكم مي شود كه حتي نور نيز نمي تواند از گرانش شديد آن فرار كند. ايده سياهچاله ها يك قرن است كه وجود داشته و در نظريه نسبيت عام آلبرت انيشتين پيش بيني شده است.
✅ خطرناك ترين سياهچاله هاي جهان
در فرهنگ عامه، بزرگ ترين سياهچاله هاي جهان كاملا تاريك و بي نهايت گرسنه هستند. آنها در سراسر جهان حركت ميكنند و هر چيزي را كه در مسيرشان است ميمكند، بزرگتر و حريصتر ميشوند. شايد بتوان فكر كرد راز حل شد - خطرناك ترين سياهچاله هاي جهان و سياهچاله هاي كلان جرم به سادگي گرسنه ترين و قديمي ترين سياهچاله ها در نوع خود هستند. با اين حال، در واقعيت، سياهچاله ها به شهرت هيولايي خود عمل نمي كنند. آنها به طرز شگفت آوري در برافزايش (اصطلاحات اصطلاحي فيزيكدانان براي "مكيدن") مواد اطراف، حتي در يك هسته متراكم كهكشاني ناكارآمد هستند. در واقع، ستارگان فروپاشيده به قدري آهسته رشد ميكنند كه احتمالاً نميتوانند تنها با جذب مواد جديد، بزرگ شوند. اسمتو رست ميگويد: «فرض كنيم اولين ستارهها سياهچالهها را حدود 200 ميليون سال پس از انفجار بزرگ تشكيل دادهاند. "بعد از فروپاشي آنها، شما سيزده و نيم ميليارد سال فرصت داريد تا سياهچاله خود را تا ميلياردها برابر جرم خورشيد افزايش دهيد. اين مدت زمان بسيار كوتاهي است تا آن را فقط با برافزايش بزرگ كنيد." حتي اسرارآميزتر، سياهچاله هاي كلان پرجرم از قبل وجود داشتند كه كيهان هنوز در مراحل ابتدايي نسبي خود بود. اختروشهاي دوردست، برخي از درخشانترين اجرام در آسمان شب، در واقع سياه چاله هاي بسيار پرجرم باستاني هستند كه هستههاي كهكشانهاي در حال مرگ را به آتش كشيدهاند. برخي از اين غولها حداقل از زماني كه كيهان تنها 670 ميليون سال قدمت داشت - در زماني كه برخي از قديميترين كهكشانهاي شناخته شده در حال شكلگيري بودند، وجود داشتهاند. در حالي كه قلب يك سياهچاله براي ناظران خارجي ناشناخته باقي مي ماند، سياهچاله هاي پرجرم مي توانند درخشان تر از كل كهكشان ستارگان بدرخشند، و حتي مي توانند "آوغ زدن" تابش فرابنفش را هنگام مصرف مواد اطراف خود توليد كنند.
✅ افق رويداد چيست؟
سياهچاله ها داراي يك مرز كروي هستند كه به عنوان "افق رويداد" شناخته مي شود. در درون اين كره، نور، انرژي و ماده به طور اجتناب ناپذيري به دام افتاده اند. فضا و زمان روي خود جمع مي شوند و قوانين فيزيكي كه نحوه عملكرد بيشتر كيهان ما را توصيف مي كنند، از بين مي روند. اما، درست خارج از افق رويداد، يك سياه چاله در حال چرخش مي تواند مواد مجاور را به يك ديسك در حال چرخش و فوق گرم تبديل كند. با رسيدن به دماي بالاتر از 10 ميليون درجه سانتيگراد، ديسك برافزايشي در يك اختروش تابش درخشان كوركننده اي را در سراسر طيف الكترومغناطيسي منتشر مي كند.
براي اطلاع از مقاله عكاسي از كهكشان راه شيري چگونه است؟ بر روي لينك كليك كنيد
✅ موثر ترين سياهچاله هاي جهان
مارتا ولونتري، محقق سياهچاله در l'Institut d'Astrophysique de Paris مي گويد: سياهچاله ها موثرترين و كارآمدترين موتورهاي جهان هستند. آنها جرم را با بازدهي تا 40 درصد به انرژي تبديل ميكنند. اگر به هر چيزي فكر ميكنيد كه ما با كربن يا انرژي شيميايي ميسوزانيم، يا حتي در ستاره ها چه اتفاقي ميافتد، فقط كسري كوچك و كوچك از چيزي است كه يك سياه چاله توليد ميكند. سياهچاله هاي كلان پرجرم دانشمندان را به چيزي فراتر از صرفه جويي انرژي آنها علاقه مند مي كند. شكلگيري و تكامل آنها به وضوح با توسعه كهكشانها و حتي با داستان بزرگتر كل تاريخ و ساختار جهان ما مرتبط است. حل معماي اين غول هاي كيهاني گام مهمي در تلاش مداوم دانشمندان براي درك اينكه چرا همه چيز به اين شكل است را نشان مي دهد.
✅ امواج گرانشي
انتشار انرژي يكي از راه هايي است كه سياهچاله ها اسرار خود را فاش مي كنند. هنگامي كه سياه چاله ها با اجرام با چگالي كمتري مانند ستاره هاي نوتروني ادغام يا برخورد مي كنند، اين رويدادها موج هايي در فضا-زمان ايجاد مي كنند كه امواج گرانشي ناميده مي شوند. اين امواج با سرعت نور در سراسر كيهان حركت مي كنند و براي اولين بار در سال 2015 روي زمين شناسايي شدند. از آن زمان رصدخانه هاي عظيمي مانند رصدخانه امواج گرانشي تداخل سنج ليزري (Ligo) در ايالات متحده و تأسيسات ويرجو در نزديكي پيزا، ايتاليا وجود داشته است. برداشتن امواج ايجاد شده توسط اين برخوردها. اما در حالي كه اين رصدخانه ها از ابزارهايي به اندازه چندين كيلومتر استفاده مي كنند، آنها فقط مي توانند امواج سياه چاله هايي با اندازه نسبتاً متوسط را تشخيص دهند. نادين نويماير، سرپرست گروه تحقيقاتي هستههاي كهكشاني در موسسه نجوم ماكس پلانك، ميگويد: «لايگو ادغامهايي را تا حدود 150 جرم خورشيدي شناسايي كرده است». شكافي در دادهها درباره آنچه كه مردم «سياهچالههاي با جرم متوسط» مينامند با جرم حدود 10000 خورشيدي يا بيشتر وجود دارد. او ميگويد سياهچالههاي كيهان با جرم متوسط ميتوانستند در اوايل كيهان از فروپاشي ابرهاي گازي غولپيكر يا برخوردهاي فراري ستارهها شكل گرفته باشند. در محيط تنگ كيهان جوان، برخوردهاي پي در پي بين اين سياهچالههاي متوسط، همراه با تجمع سريع مواد اطراف، ميتوانست رشد آنها را به مقياسهاي بسيار عظيم تسريع كند.
✅ نظريه دانه سياهچاله
با اين حال، نظريه دانه سياهچاله با جرم متوسط مشكلاتي دارد. كيهان اوليه و كوچك نيز بسيار داغ بود. ابرهاي گازي در تابش غوطه ور مي شدند و احتمالاً انرژي زيادي به آنها مي داد تا روي خود فرو بريزند. و حتي در يك كيهان متراكم، قوانين فيزيك همچنان حداكثر سرعتي را كه سياه چاله ها مي توانند ماده را جذب كنند، محدود مي كند. ولونتري ميگويد كه هر توضيح كنوني براي سياه چاله هاي كلان جرم «گلوگاهها و اشكالاتي» دارد كه مانع از هم گرايي دانشمندان براي يافتن پاسخ قطعي ميشود. او ميگويد: «تئوريهايي كه ما آن را «فرايندهاي ديناميكي» ميناميم، به اين معني كه شما يك سياه چاله را از تعداد بسيار زيادي ستاره تشكيل ميدهيد به جاي يك ستاره، امكانپذير است، اما اين فرآيندها بايد در شرايط بسيار خاصي اتفاق بيفتند. همچنين نظريههايي درباره «سياهچالههاي اوليه» وجود دارد كه ميتوانستند قبل از وجود ستاره ها وجود داشته باشند و رشد كنند. اما اين قلمرو كاملاً ناشناخته است. ما هيچ مدرك رصدي براي آزمايش اين اصل نداريم.» او ميگويد كه عاشق فيزيك فرآيندهاي ديناميكي است، اما اذعان ميكند كه پيشبيني معتبر هر چيزي كه بزرگتر از حدود 1000 جرم خورشيد باشد، براي اين نظريه بسيار دشوار است. او ميگويد: «وقتي اختروشهايي را در نظر ميگيريم كه قبلاً يك ميليارد جرم خورشيدي داشتند، زماني كه كيهان يك ميليارد ساله بود، رسيدن به اين اعداد بسيار سخت است. او معتقد است كه داستان واقعي چگونگي به وجود آمدن سياه چاله هاي كلان جرم هنوز گفته نشده است. "هر چه بيشتر حفاري مي كنيم، بيشتر متوجه مي شويم كه در مورد چيزهايي كه فكر مي كرديم فهميده ايم مشكلاتي وجود دارد. ما يك چيز اساسي را از دست مي دهيم."
✅ رصد سياهچاله ها
نسل كنوني ابزارهاي رصدي شروع به پر كردن شكافها كردهاند. رصدخانههاي Virgo، Ligo و مشابه در حال ارائه «اطلاعات جمعيتشناختي» عميقتر در مورد اندازه، سن و مكان جمعيت سياهچالههاي كيهان هستند. اما براي پر كردن اين نوع داده ها در مورد سياهچاله هاي كلان جرم، محققان به آشكارسازهاي بزرگتري نياز دارند. در دهه 2030، ناسا و آژانس فضايي اروپا (ESA) آنتن فضايي تداخل سنج ليزري (Lisa) جاه طلبانه را پرتاب خواهند كرد كه شامل سه ماهواره است كه در يك مثلث با اضلاع به طول 2.5 ميليون كيلومتر پرواز مي كنند. اين آرايه بر اساس اصول مشابه Ligo و Virgo كار مي كند، اما مقياس عظيم آن به آن اجازه مي دهد امواج گرانشي را از سياهچاله هاي بسيار بزرگ فراتر از دسترس فناوري موجود تشخيص دهد. در حال حاضر اشاراتي وجود دارد مبني بر اينكه امواج گرانشي ايجاد شده توسط سياه چاله هاي عظيم در حال شستن ما هستند. در آغاز سال 2021، اخترشناسان اعلام كردند كه اختلافات كوچكي را در پالس هاي تشعشعاتي كه از 45 تپ اختر مي آيد - ستارگان فشرده اي كه پرتوهاي نور را در فواصل زماني منظم منتشر مي كنند، شناسايي كرده اند. اگرچه نتايج هنوز تاييد نشده است، اما محققان پيشنهاد ميكنند كه اين ميتواند به دليل «پسزمينه موج گرانشي» باشد كه احتمالاً از ادغام سياه چالههاي بزرگ ايجاد ميشود.
نتيجه
نيوماير با اسمتورست موافق است كه هيجانانگيزترين اكتشافات در مورد خطرناك ترين سياهچاله هاي جهان سؤالاتي وجود دارد كه هنوز كسي نپرسيده است. او مي گويد: «اين يك قرن شگفت انگيز از پيشرفت هاي فني بوده است كه اين اكتشافات را ممكن مي كند. "ما مشكلات شناخته شده زيادي داريم كه مي خواهيم حل كنيم. اما چيزهاي جديدي را نيز خواهيم ديد كه حتي نمي توانيم تصور كنيم. و من فكر مي كنم اين شگفت انگيز است."
براي دانلود مقاله منشا مرموز بزرگترين سياهچاله هاي جهان روي لينك كليك كنيد.
منبع: سايت موسسه طبيعت آسمان شب و منشا مرموز بزرگترين سياهچاله هاي جهان
برچسب:
