وقتی سیاهچالهها غذا میخورند
سیاهچالهها از اسرارآمیزترین اجرام کیهان هستند؛ اجرامی که حتی نور نیز توان گریز از گرانش آنها را ندارد. اکنون رصدی تازه با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، شواهد مستقیمی از چگونگی انتقال گاز به سوی یک سیاهچاله ابرپرجرم ارائه کرده و درک دانشمندان از فرایند رشد این اجرام را وارد مرحلهای تازه کرده است.
برای بررسی اهمیت این کشف و پاسخ به پرسشهایی درباره ماهیت سیاهچالهها، نحوه شکلگیری، تغذیه و تأثیر آنها بر کهکشانها، با فریده مازوچی، دانشجوی دکتری پژوهشکده نجوم گفتوگو کردهایم. تمرکز پژوهشهای او در حال حاضر مرکز کهکشان راهشیری است. در ادامه شرح گفتوگوی خبرنگار «آناتک» با وی را میخوانید.
سیاهچاله چیست؟
سیاهچالهها اجرام نجومی بسیار پرجرمی هستند که از خود نوری تولید نمیکنند. جرم آنها بسیار زیاد و بهشدت فشرده است؛ به همین دلیل گرانش فوقالعاده نیرومندی دارند. در نتیجه، حتی نور نیز نمیتواند از آنها فرار کند و توسط سیاهچاله جذب میشود. بنابراین، میتوان گفت سیاهچالهها اجرام تاریک و بسیار پرجرمی هستند که به دلیل گرانش بسیار زیاد، هر چیزی را که بیش از حد به آنها نزدیک شود، میتوانند به درون خود بکشند.
سیاهچالهها چگونه به وجود میآیند؟
راههای مختلفی برای تشکیل سیاهچالهها وجود دارد؛ اما مهمترین و شناختهشدهترین آنها این است که یک ستاره پرجرم در پایان عمر خود، پس از آنکه سوخت هستهای مرکزیاش را مصرف میکند، دیگر توان مقابله با گرانش بسیار زیاد هسته خود را ندارد و دچار فروریزش میشود. اگر جرم باقی مانده هسته به اندازه کافی زیاد باشد، این فروریزش به تشکیل یک سیاهچاله منجر خواهد شد.
البته راههای دیگری نیز برای شکلگیری سیاهچالهها وجود دارد؛ برای مثال، ممکن است چند سیاهچاله کوچکتر با یکدیگر ادغام شوند و یک سیاهچاله بزرگتر را به وجود آورند. همچنین، نظریههایی درباره تشکیل سیاهچالههای نخستین در نخستین لحظات پیدایش عالم و کیهان اولیه مطرح شده است. علاوه بر این، ادغام دو ستاره نوترونی نیز میتواند در برخی شرایط به تشکیل یک سیاهچاله منجر شود.
تفاوت سیاهچالههای معمولی با سیاهچالههای ابرپرجرم چیست؟
همانطور که از نام آنها مشخص است، سیاهچالههای ابرپرجرم نسبت به سیاهچالههای معمولی جرم بسیار بیشتری دارند. جرم یک سیاهچاله معمولی یا ستارهای معمولا از چند برابر تا چند ده برابر جرم خورشید است، در حالی که جرم سیاهچالههای ابرپرجرم میتواند میلیونها تا میلیاردها برابر جرم خورشید باشد.
این سیاهچالههای بسیار پرجرم عمدتا در مرکز کهکشانها قرار دارند، در حالی که سیاهچالههای ستارهای میتوانند در بخشهای مختلف یک کهکشان وجود داشته باشند. تصور میشود سیاهچالههای ابرپرجرم در طول زمان با جذب گاز، بلعیدن ستارههای اطراف و حتی ادغام با سیاهچالههای دیگر، بهتدریج رشد کرده و به جرمهای بسیار بزرگ امروزی رسیدهاند.
اگر نور از سیاهچاله فرار نمیکند، ما از کجا میفهمیم وجود دارد؟
از آنجا که سیاهچالهها خودشان نوری تابش نمیکنند و حتی نور نیز نمیتواند از گرانش آنها بگریزد، بهطور مستقیم قابل مشاهده نیستند. با این حال، از طریق آثاری که بر محیط اطراف خود میگذارند، میتوان آنها را شناسایی و در فهرست سیاهچالهها ثبت کرد.
مهمترین روش شناسایی سیاهچالهها، بررسی حرکت ستارهها در اطراف آنهاست؛ روشی که بهواسطه آن نیز جایزه نوبل فیزیک اعطا شد. برای مثال، در مرکز کهکشان راه شیری، رصد حرکتهای غیرعادی ستارهها نشان داد که یک سیاهچاله ابرپرجرم در مرکز این کهکشان قرار دارد.
علاوه بر این، گازی که در اطراف سیاهچاله ابرپرجرم قرار دارد و در حال سقوط یا به اصطلاح، «برافزایش» به سمت آن است، به دلیل دمای بسیار بالا و آشفتگی شدید، تابشهایی تولید میکند که قابل ثبت هستند و از طریق آنها میتوان به وجود سیاهچاله پی برد.
از سوی دیگر، امواج گرانشی که در اثر برخورد و ادغام سیاهچالهها تولید میشوند نیز یکی دیگر از راههای شناسایی این اجرام هستند. همچنین، با پیشرفت فناوری و توسعه پروژههایی مانند «تلسکوپ افق رویداد» (Event Horizon Telescope)، امکان تصویربرداری از محیط اطراف سیاهچالههای ابرپرجرم فراهم شده است. البته باید توجه داشت که این تصاویر، از خود سیاهچاله نیستند؛ زیرا سیاهچاله نوری از خود گسیل نمیکند و آنچه ثبت میشود، تابشهای ناشی از مواد داغ موجود در اطراف آن است.
آیا سیاهچاله مانند یک جاروبرقی کیهانی همه چیز را میبلعد؟
اینکه آیا سیاهچالهها مانند یک جاروبرقی کیهانی همه چیز را میبلعند، به فاصله اجرام از سیاهچاله بستگی دارد. اگر جرمی بیش از حد به سیاهچاله نزدیک شود، از مرزی که به آن «افق رویداد» گفته میشود عبور خواهد کرد. پس از عبور از این مرز، حتی نور نیز دیگر راهی برای فرار ندارد و سیاهچاله آن جرم را در خود فرو میبرد.
اما اگر اجرام در فاصلههای دور از سیاهچاله قرار داشته باشند، چنین اتفاقی رخ نمیدهد. بنابراین، اینگونه نیست که سیاهچالهها هر چیزی را، صرفنظر از فاصله، به درون خود بکشند. تأثیر گرانش آنها به فاصله جسم از سیاهچاله بستگی دارد و ستارهها، سیارهها یا دیگر اجرام آسمانی تنها در صورتی بلعیده میشوند که بیش از حد به آن نزدیک شوند.
سیاهچالهها چطور «غذا» میخورند؟
اینکه سیاهچالهها چگونه به اصطلاح، «غذا میخورند» یا مواد را به سمت خود جذب میکنند، به این معنا نیست که مواد بهطور مستقیم درون آنها سقوط میکنند؛ بلکه این فرایند پیچیدهتر از آن است. هنگامی که گاز، غبار یا حتی یک ستاره بیش از حد به یک سیاهچاله نزدیک میشود، تحت تأثیر گرانش بسیار شدید آن قرار میگیرد. با این حال، پیش از آنکه این مواد وارد سیاهچاله شوند، ساختاری دیسکمانند به نام «دیسک برافزایشی» در اطراف آن شکل میگیرد.
مواد موجود در این دیسک با سرعت بسیار زیاد به دور سیاهچاله میچرخند و اصطکاک میان آنها باعث میشود دمای گاز به میلیونها درجه برسد. همین گاز بسیار داغ تابشهایی تولید میکند که قابل رصد هستند و یکی از مهمترین راههای شناسایی سیاهچالهها به شمار میروند.
بهمرور زمان، شعاع مداری این مواد کوچکتر و کوچکتر میشود تا سرانجام به افق رویداد میرسند. پس از ورود به افق رویداد، با پدیدهای روبهرو هستیم که فیزیک آن هنوز بهطور کامل شناخته نشده و درباره آن بحثهای فراوانی وجود دارد؛ اما بهطور کلی گفته میشود که پس از عبور از این مرز، دیگر هیچ راهی برای خروج وجود ندارد و مواد توسط سیاهچاله بلعیده میشوند.
جیمز وب در این رصد جدید دقیقا چه چیزی دیده است؟
تلسکوپ فضایی جیمز وب به دلیل برخورداری از وضوح و حساسیت بسیار بالا در طولموج فروسرخ، یعنی طولموجی که با چشم انسان قابل مشاهده نیست، توانسته است جریانهایی از گاز و غبار را که در نزدیکی یک سیاهچاله ابرپرجرم در یکی از کهکشانهای دوردست قرار دارند، مشاهده کند.
این تلسکوپ همچنین ساختارهای مارپیچی و رشتهای از گاز را رصد کرده است که بهنوعی مسیرهای انتقال ماده به سمت مرکز کهکشان و در نهایت سیاهچاله ابرپرجرم به شمار میروند. این دستاورد بسیار مهمی است؛ زیرا میتواند جزئیات بیشتری درباره چگونگی تغذیه و رشد سیاهچالههای ابرپرجرم در اختیار ما قرار دهد.
این کشف چه چیزی را درباره تغذیه سیاهچالهها روشنتر میکند؟
مهمترین نکتهای که این کشف برای ما روشنتر میکند، این است که فرایند تغذیه سیاهچالهها، برخلاف تصور گذشته، یک فرایند منظم و سازمانیافته است. رشتهها و ساختارهای مارپیچی که تلسکوپ جیمز وب مشاهده کرده، نشان میدهند که انتقال گاز به سمت سیاهچاله یک فرایند تصادفی نیست، بلکه گازهای موجود در کهکشان میتوانند بهتدریج و از مسیرهای مشخص به سمت مرکز کهکشان هدایت شوند.
این موضوع به ما کمک میکند بهتر درک کنیم که سیاهچالههای ابرپرجرم چگونه رشد میکنند و چگونه توانستهاند در دوران آغازین کیهان، در مدت زمانی نسبتا کوتاه، به جرمهای بسیار بزرگی برسند. بنابراین، این کشف اطلاعات ارزشمندی درباره روند رشد و تکامل سیاهچالههای ابرپرجرم در اختیار دانشمندان قرار میدهد.
رابطه سیاهچاله با کهکشان میزبانش چیست؟
سیاهچالهها با کهکشان میزبان خود رابطهای بسیار نزدیک و مستقیم دارند. رشد سیاهچالههای مرکزی میتواند نقش مهمی در تحول و تکامل کهکشان میزبان ایفا کند. بهطور کلی، تصور میشود که در نواحی نزدیک به سیاهچاله ابرپرجرم واقع در مرکز کهکشان، روند ستارهزایی بهتدریج کاهش پیدا میکند.
همچنین، موضوعات مختلفی در این زمینه مطرح است؛ برای مثال، هرچه برآمدگی مرکزی یک کهکشان بزرگتر باشد، احتمال دارد سیاهچاله مرکزی آن نیز پرجرمتر باشد. از سوی دیگر، فعالیت سیاهچالههای ابرپرجرم میتواند باعث تولید بادهای بسیار پرانرژی یا جتهایی شود که در طولموجهای مختلف قابل رصد هستند. این جتها میتوانند بر روند تشکیل ستارهها در کهکشان تأثیر بگذارند.
علاوه بر این، مطالعه رابطه میان سیاهچاله ابرپرجرم و کهکشان میزبان، اطلاعات ارزشمندی درباره مقدار گاز موجود در کهکشان، نحوه توزیع آن، سرعت رشد سیاهچاله و روند تکامل کهکشان در اختیار پژوهشگران قرار میدهد. به بیان دیگر، سیاهچاله و کهکشان میزبان بهصورت تکاملی بر یکدیگر اثر میگذارند.
مهمترین پرسشهای حلنشده درباره سیاهچالهها امروز کداماند؟
هنوز پرسشهای بسیار زیادی درباره سیاهچالههای ابرپرجرم وجود دارد. یکی از مهمترین آنها این است که این سیاهچالهها در کیهان اولیه چگونه توانستند در مدت زمانی کوتاه، چنین رشد سریعی داشته باشند و به جرمهای بسیار بزرگی برسند.
پرسش مهم دیگر این است که درون افق رویداد دقیقا چه اتفاقی رخ میدهد. هنوز جزئیات این فرایند را نمیدانیم و برای پاسخ به آن، احتمالا به نظریهای کاملتر از فیزیک کنونی نیاز خواهیم داشت. همچنین، پارادوکسهای کوانتومی و مسائل بنیادین متعددی درباره سیاهچالهها وجود دارد که هنوز پاسخ قطعی برای آنها پیدا نشده است.
از دیگر پرسشهای مهم، رابطه احتمالی سیاهچالهها با ماده تاریک است. همچنین، هنوز مشخص نیست جتهای بسیار پرانرژی که توسط سیاهچالههای ابرپرجرم تولید میشوند، دقیقا چگونه شکل میگیرند و چه سازوکاری بر پیدایش آنها حاکم است.
یکی دیگر از پرسشهای اساسی این است که آیا کهکشانها ابتدا شکل گرفتهاند و سپس سیاهچاله مرکزی در آنها به وجود آمده است، یا اینکه سیاهچالههای مرکزی از همان مراحل نخستین تشکیل کهکشانها وجود داشتهاند.
امروزه پژوهشگران تلاش میکنند با استفاده از ابزارهای نجومی پیشرفتهتر و حساستر؛ مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، تلسکوپ افق رویداد و همچنین آشکارسازهای امواج گرانشی مانند لایگو و ویرگو، به پاسخ این پرسشهای بنیادین نزدیکتر شوند.
انتهای پیام/
