سیاهچاله ها بادهای بسیار قوی ایجاد می کنند!

[∆ MeRzaD ∆]

به گفته ی یک تیم بین المللی از پژوهش­گران، سیاهچاله ها انرژی بیشتری از آنچه تصور می شد در کهکشان میزبان خود آزاد می­کنند. این تیم تحقیقاتی یک ریز اختروش را در کهکشان M83 مورد مشاهده قرار داده است و دریافت که توان جنبشی این جسم بیشتر از آنچه است که برای سیاهچاله­ ای به این جرم پیش بینی می شود.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، یافته های آن ها می تواند در پیشرفت نظریه هایی برای توصیف تغییرات سیاهچاله ها با زمان، همچنین فهم ما از اثرات سیاهچاله ها روی گاز در جهان اولیه موثر باشد. یک ریزاختروش (microquasar) از یک جسم بسیار متراکم مرکزی همچون سیاهچاله تشکیل شده است که توسط یک قرص برافزایشی از ماده ی فرو ریزنده و یک جفت فواره رادیویی درخشان احاطه شده است. در حالی که اختروش های معمولی از سیاهچاله های ابر پر جرم که میلیونها جرم خورشیدی هستند تشکیل شده اند، ریزاختروش ها شامل یک سیاهچاله با جرم ستاره ای می شوند که معمولاً حدود سه تا ده برابر جرم خورشید است. دیگر ویژگی مشترک ریزاختروش­ها این است که قرص برافزایشی آن ها در ناحیه ی اشعه ایکس و اپتیکی بسیار درخشان است.

توضیحی در مورد جت های سیاهچاله

در این کار جدید، روبرتو سوریا (Roberto Soria)از دانشگاه کورتن (Curtin University)در استرالیا همراه با دیگر همکارانش در استرالیا، آمریکا و هلند طغیان سیاهچاله MQ1 را برای یک سال زیر نظر داشتند. سوریا بیان می کند « ما یک حباب از گاز گرم با خطوط مشخصه مادون قرمز و اپتیکی هیدروژن، سولفور، اکسیژن و آهن را مشاهده کردیم و این پیشنهاد می کند که چیزی گاز را گرم و یا دچار تلاطم می کند.» این حباب دو آویز دارد که بیرون از آن متصل هستند و آن ها را می توان به عنوان یک جفت فواره در نظر گرفت. سوریا اظهار می کند «ما تابش رادیویی بسیار قوی از آن حباب را آشکارسازی کردیم که معمولاً نشانی از برخورد شدید یک فواره قدرتمند با گاز چگال و تولید الکترون های پر انرژی است.»

با دقت روی اشعه ایکس ساطع شده از این جسم، چشمه نقطه ای در مرکز حباب دیده شده است. به گفته ی سوریا، این نوع تابش دقیقاً چیزی است که از نزدیکی یک سیاهچاله که در حال بلعیدن جرم بسیار زیادی است انتظار می رود. آن­ها سپس اطلاعات طیفی را برای تخمین قدرت جت استفاده کردند. همچنین با استفاده از دما و درخشندگی تابش اشعه ایکس از قرص برافزایشی، عرض سیاهچاله حدود ۱۰۰ کیلومتر تخمین زده شد. از اینجا پژوهش­گران می توانند بگویند که جرم این جسم قطعاً کمتر از ۱۰۰ جرم خورشیدی است. سوریا توضیح می دهد «در حقیقت، من فکر می کنم احتمالاً جرم، خیلی کمتر حدود ۱۰-۵۰ جرم خورشیدی است اما نمی­توانیم مطمئن باشیم چون این امر به چرخش سیاهچاله و زاویه مشاهده بستگی دارد و ما هیچ اطلاعی نداریم.»

فراتر از حد ادینگتون

آنچه در مورد این پدیده شگفت آور است این است که این سیاهچاله انرژی بیشتر از آنچه از جرمش انتظار می رود، گسیل می کند. همینطور که جرم حول سیاهچاله رشد می کند گرمتر و یونیزه می شود و سیاهچاله انرژی را به شکل تابش (اشعه ایکس) و جریانی از ذرات که به عنوان توان مکانیکی از آن یاد می شود، آزاد می کند. این تابش که به سمت بیرون جریان دارد نمی تواند از «حد ادینگتون» (Eddington limit) که به جرم سیاهچاله مربوط می شود، بگذرد. درخشندگی ادینگتون، بیشینه درخشندگی است که یک جسم ستاره گون وقتی که تعادل میان نیروی تابشی به سمت خارج و نیروی گرانشی رو به داخل وجود داشته باشد، می تواند بدست آورد. در حالی که تابش به سختی توسط این حد کنترل می­شود، واضح نیست که آیا توان مکانیکی به شکل فواره های ذرات و بادها نیز توسط حد مشابه محدود شود. سوریا توضیح می دهد که «فواره توسط درخشندگی ادینگتون محدود نشده است به این دلیل که بسیار باریک و موازی شده است و همچون شلیک گلوله در یک ابر، حفره مستقیم درون گاز ایجاد می­کند.» اما پژوهش­گران حد ادینگتون را به عنوان واحد اندازه گیری «توان مطلق» یک سیاهچاله استفاده میکنند. سوریا توضیح می­دهد که درخشندگی می تواند از سه یا چهار برابر این حد بگذرد که آن را می­توان به عنوان نقطه ای تصور کرد که در آن افزایش بیشتر جرم اثر ناچیزی روی توان دارد. دلیل این است که افزایش نمایی در جرم سقوط کننده برای ایجاد افزایش خطی در توان مورد نیاز است.

در گذشته تصور می­شد که توان مکانیکی ایجاد شده توسط یک سیاهچاله­ی با جرم ستاره گون همیشه کمتر از تابش است. اما این کار اخیر نشان می دهد که توان مکانیکی نیز می تواند به همان میزان یا بیشتر باشد. سوریا به physicsworld.com توضیح می دهد که در چند سال اخیر پژوهش گران یک مجموعه از سیاهچاله های با جرم ستاره گون با فواره های قدرتمند در کهکشان های همسایه کشف کرده اند که MQ1 یکی از قویترین آن­هاست. همچنین MQ1 اولین جسمی است که جرم آن مقید است و به تیم اجازه می دهد که تایید کنند سیاهچاله های با جرم ستاره گون می توانند به توان مکانیکی چند میلیون برابر خروجی خورشید برسند. رده ی دیگری از سیاهچاله های قدرتمند در کهکشان های همسایه که به درخشندگی چند میلیون برابر خورشید می رسند البته در تابش به جای انرژی مکانیکی، آشکارسازی شده اند. این «منابع فوق درخشان اشعه ایکس» (ULXs) نیز تصور می شود که توسط سیاهچاله های با جرم ستاره­گون قدرت می گیرند.

یونش اولیه

به گفته ی سوریا کار اخیر روی ریزاختروش ها و تحقیق روی ULX، قدمی است برای این­که ستاره شناسان دید منسجمی از سیاهچاله­ های با جرم ستاره گون بدست آورند. او می افزاید این دانش می تواند منجر به فهم بهتری از اختروش ها در جهان اولیه که با بیشینه آهنگ در حال رشد بوده اند، شود. میچ بیجلمن (Mitch Begelman) یک ستاره­شناس نظری از دانشگاه کلورادو بولدر (University of Colorado Boulder) در آمریکا که در این کار شرکت نداشته است، می گوید اگرچه این نتیجه شگفت آور نیست «گواهی جدید و مسحور کننده را در مسیری که بسیاری از ما را گیج کرده است، ایجاد می کند. تصور نمی کنم این پدیده به دید جدیدی از فیزیک سیاهچاله نیازمند باشد اما ممکن است به پاسخ سوالات در مورد ماهیت ULXs و فوران های ریز اختروش ها کمک کند.»

این کار جدید می تواند به محققان کمک کند که متوجه شوند چگونه سیاهچاله های با جرم ستاره ­گون می توانند نقش مهمی در یونش و گرم کردن گاز در جهان اولیه داشته باشند. سوریا بیان می­کند «امروزه چنین منابع قدرتمندی کمیاب هستند اما ما فکر می کنیم آنها بیشتر متداول بوده اند. شکل گیری ستاره در آن زمان بسیار بیشتر بوده است، بنابراین بسیاری از این ریز اختروش ها شکل گرفتند. اگر تعدادی از این اجسام در یک کهکشان کوچک باشند، می­توانند به آسانی تمام گاز درون کهکشان را گرم کنند و از بین ببرند.»

این تحقیق در مجله ساینس (Science) منتشر شده است.