سیاهچالهی عظیم مرکز راه شیری چگونه گازهای ستارهای را میبلعد؟
تصور رایج بر این است که گازهای ستارهای اطراف یک سیاهچاله، به آرامی به سمت آن جذب و به درون آن فرومیریزند اما این دیدگاه دربارهی سیاهچالهی کلانجرم مرکز راه شیری شاید کمی متفاوت باشد.
دیدن گاهی می‌تواند فریبنده باشد. برای نمونه نور یک لامپ رشته‌ای ثابت به‌نظر می رسد، اما ۱۲۰ بار در ثانیه سوسو می‌زند و چون مغز ما فقط قادر به درک میانگین اطلاعاتی است که دریافت می‌کند، متوجه این سوسو زدن نمی‌شود و بدین ترتیب باید گفت که درک روشنایی ثابت صرفا یک توهم صرف است.
در ساختاری مشابه، در حالی که نور نمی‌تواند از یک سیاهچاله بگریزد، اما درخشش گازی که به سرعت در مدارش می‌چرخد، سوسو زدن منحصربه‌فرد خود را ایجاد می‌کند. در مقاله‌ای که در «استروفیزیکال ژورنال لترز» (Astrophysical Journal Letters) منتشر شده است، پژوهشگران توانستند از همین سوسو زدن خفیف برای ساختن دقیق‌ترین مدل کنونی از سیاهچالهی مرکزی راه شیری یعنی «کمان ای*» (*Sagittarius A) استفاده کنند که جزئیاتی را دربارهی ویژگی‌ها و ساختار آن فراهم می‌کند.
حالا برای اولین بار، محققان در یک مدل‌سازی روند کامل چگونگی حرکت گاز در مرکز کهکشان راه شیری را نشان داده‌اند که از پرتاب شدن توسط ستاره‌ها تا سقوط در سیاهچاله را دربر می‌گیرد. با مطالعه‌ی سوسو زدن نور، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که محتمل‌ترین تصویر تغذیه‌ی سیاهچاله در مرکز کهکشان، به جای مکیدن آهسته‌ی مواد در حال چرخش در یک دوره‌ی طولانی‌مدت، اصابت مستقیم گاز از فواصل دور است.
«لنا مورچیکووا» (Lena Murchikova) یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «سیاهچاله‌ها نگهبانان اسرار خودشان هستند و بنابراین ما برای درک بهتر این اجرام مرموز، به رصد مستقیم و مدل‌سازی با وضوح بالا وابسته‌ایم.»
اگرچه وجود سیاهچاله‌ها حدود ۱۰۰ سال پیش توسط «کارل شوارتزشیلد» (Karl Schwarzschild) و بر اساس نظریه‌ی جدید گرانش «آلبرت اینشتین» (Albert Einstein) پیش‌بینی شده بود، اما محققان تنها به‌تازگی شروع به بررسی آن‌ها با رصد کرده‌اند.
در اکتبر ۲۰۲۱، مورچیکووا مقاله‌ای را منتشر کرد که در آن روشی برای مطالعه‌ی سوسو زدن سیاهچاله‌ها در مقیاس زمانی چند ثانیه به جای چند دقیقه معرفی شد. این پیشرفت، اندازه‌گیری دقیق‌تر ویژگی‌های *Sgr A را بر اساس سوسو زدن آن امکان‌پذیر کرد.
«کریس وایت» (Chris White) دیگر همکار این تیم پژوهشی، در حال کار روی جزئیات این موضوع است که برای گاز نزدیک سیاهچاله‌ها، یعنی جایی که اثرات قوی نسبیت عام اهمیت دارند، چه اتفاقی می‌افتد و این که چگونه بر نوری که به سمت ما می‌آید، تأثیر می‌گذارد.
«شان رسلر» (Sean Ressler) نویسنده‌ی دیگر این مقاله هم سال‌ها تلاش کرده است تا واقعی‌ترین شبیه‌سازی‌ها را از گاز اطراف سیاهچالهی مرکزی راه شیری بسازد. او این کار را با ترکیب مستقیم مشاهدات ستارگان مجاور در شبیه‌سازی‌ها و ردیابی دقیق موادی که به درون سیاهچاله می‌ریزند، انجام داده است.
تصویر واقعی سیاهچالهی مرکزی راه شیری
Credit: ESO/NSF
حالا همکاری این سه پژوهشگر الگوی سوسو زدن مشاهده شده اطراف کمان ای* را با الگوهای پیش‌بینی‌شده توسط مدل‌های عددی مربوط، مقایسه کرده است.
مورچیکووا توضیح داد: «نتیجه بسیار جالب بود. مدت‌ها فکر می‌کردیم که می‌توانیم تا حد زیادی اینکه گاز اطراف سیاهچاله از کجا آمده است را نادیده بگیریم. مدل‌های معمولی، حلقه‌ای مصنوعی از گاز را تصور می‌کنند که تقریبا به شکل دونات در فاصله‌ی زیادی از سیاهچاله قرار دارد. اما ما دریافتیم که چنین مدل‌هایی الگوهای سوسو زدنی را تولید می‌کنند که با رصدها همخوانی ندارند.»
اکنون مدل باد ستارهای رسلر، رویکرد واقعی‌تری را نشان می‌دهد که در آن گاز مصرف شده توسط سیاهچاله‌ها در اصل مستقیما توسط ستارگان نزدیک مرکز کهکشان به درون سیاهچاله پرتاب می‌شوند. در این مدل، هنگامی که این گاز به درون سیاهچاله می‌افتد، الگوی صحیح سوسو زدن را به‌خوبی بازتولید می‌کند.
رسلر گفت: «این مدل با هدف توضیح این پدیده‌ی خاص ساخته نشده است و موفقیت آن تضمین شده نبود. بنابراین، دیدن موفقیت این مدل پس از سال‌ها کار، بسیار دلگرم‌کننده بود.»
وایت هم اشاره کرد: «وقتی سوسو زدن را مطالعه می‌کنیم، می‌توانیم ثانیه به ثانیه تغییراتی را در میزان نور ساطع شده توسط سیاهچاله ببینیم و هزاران اندازه‌گیری را در طول یک شب انجام دهیم.»
او افزود: «اگرچه این کار مستقیما به ما نمی‌گوید که گاز چگونه در فضا در مقیاس بزرگ توزیع شده است، اما با ترکیب این دو نوع مشاهدات، می‌توان محدودیت‌های هر یک را کاهش داد و در نتیجه معتبرترین تصویر را از ساختار گازهای اطراف سیاهچاله به دست آورد.»
عکس کاور و ویدیو: شبیه‌سازی فروریزش گازهای درخشان به درون سیاهچالهی مرکزی راه شیری
Credit: Chris White, Princeton University
منبع: SciTechDaily
