ستاره شناسان نزدیک ترین سیاهچاله به زمین را کشف کردند

به گزارش خبرگزاری سیناپرس همدان، سیاهچاله های با جرم ستاره ای، که وزن آنها تقریباً 5 تا 100 برابر خورشید است، بسیار رایج هستند و تنها در کهکشان راه شیری، حضور 100 میلیون از آن ها تخمین زده می شود.

با این حال، تنها تعداد انگشت شماری تا به امروز تایید شده اند، و تقریباً همه آنها فعال هستند، به این معنی که بر خلاف سیاهچاله های خفته که فعالیتی نمی کنند، آن ها در پرتونگاری های اشعه ایکس، هنگامی که مواد یک ستاره نزدیک را مصرف می کنند، درخشان و مشخص هستند.

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ Gemini North در هاوایی، یکی از تلسکوپ های دوقلوی رصدخانه بین المللی جمینی، که توسط NOIRLab متعلق به NSF اداره می شود، نزدیک ترین سیاهچاله به زمین را کشف کرده اند که محققان آن را Gaia BH1 نامیده اند. وزن این سیاهچاله خفته حدود 10 برابر جرم خورشید است و در فاصله 1600 سال نوری از ما در صورت فلکی اوفیوخوس قرار دارد که سه برابر نزدیک‌تر از رکورددار قبلی، یعنی یک دوقلوی تابش کننده پرتو ایکس در صورت فلکی تک‌سروس، به زمین است.

کشف جدید با انجام مشاهدات بدیع از حرکت همراه سیاهچاله امکان پذیر شد، ستاره ای شبیه به خورشید که تقریباً در همان فاصله ای که زمین به دور خورشید می چرخد، به دور سیاهچاله می چرخد.

کریم البدری، اخترفیزیکدان مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان و موسسه نجوم ماکس پلانک و نویسنده اصلی مقاله توصیف این کشف گفت: منظومه شمسی را در نظر بگیرید، یک سیاهچاله را در جایی که خورشید است، و خورشید را در جایی که زمین است قرار دهید، و حالت قرارگیری این منظومه را به دست خواهید آورد.

وی ادامه می دهد؛ در حالی که ردیابی‌های حدسی زیادی از سیستم‌هایی مانند این وجود داشته است، تقریباً همه این اکتشافات متعاقباً رد شده‌اند. این اولین کشف بدون ابهام از ستاره‌ای شبیه به خورشید در مداری وسیع به دور سیاهچاله‌ای به جرم ستاره‌ای در کهکشان ما است.

اگرچه احتمالاً میلیون‌ها سیاهچاله با جرم ستاره‌ای در کهکشان راه شیری پرسه می‌زنند، آن تعداد اندک که توسط برهمکنش‌های پرانرژی آن‌ها با یک ستاره همراه وجود دارند، کشف شده‌اند. هنگامی که مواد ستاره ای به سیاهچاله مارپیچ وار نزدیک می شوند، فوق العاده گرم خواهند شد و پرتوهای ایکس و فواره های قوی مواد تولید می کنند. اگر سیاهچاله به طور فعال تغذیه نکند (یعنی خاموش باشد) به سادگی با محیط اطراف خود ترکیب می شوند.

البدری می گوید؛ من در چهار سال گذشته با استفاده از طیف گسترده ای از مجموعه داده ها و روش ها به دنبال سیاهچاله های خفته بودم. تلاش‌های قبلی من، و همچنین تلاش‌های دیگران، یک انبار از سیستم‌های دوتایی را پیدا کرد که به شکل سیاه‌چاله‌ها در می‌آیند، اما این اولین بار است که این جستجو به ثمر نشسته است.

این تیم در ابتدا با تجزیه و تحلیل داده های فضاپیمای گایا آژانس فضایی اروپا، سیستم را به عنوان میزبان یک سیاهچاله شناسایی کردند. گایا بی‌نظمی‌های دقیقه‌ای در حرکت ستاره ناشی از گرانش یک جسم عظیم نادیدنی را ثبت کرد. برای بررسی جزئیات بیشتر این سیستم، البدری و تیمش به ابزار طیف‌نگار چند شیء جمینی در جمینی شمالی روی آوردند که سرعت ستاره همراه را در حین چرخش به دور سیاه‌چاله اندازه‌گیری و اندازه‌گیری دقیق دوره مداری آن را ارائه می‌کرد.

مشاهدات بعدی Gemini برای محدود کردن حرکت مداری و در نتیجه توده های دو جزء در سیستم دوتایی بسیار مهم بود و به تیم اجازه داد تا جسم مرکزی را به عنوان سیاهچاله ای تقریباً 10 برابر جرم خورشید ما شناسایی کند.

البدری توضیح داد: مشاهدات بعدی ما در Gemini بدون تردید تایید کرد که این مجموعه دوتایی، دارای یک ستاره معمولی و حداقل یک سیاهچاله خفته است. ما هیچ سناریوی اخترفیزیکی قابل قبولی پیدا نکردیم که بتواند مدار مشاهده شده منظومه ای را که حداقل یک سیاهچاله را شامل نمی شود، توضیح دهد.

این تیم نه تنها بر قابلیت‌های رصدی فوق‌العاده Gemini North، بلکه بر توانایی Gemini برای ارائه داده‌ها در یک ضرب‌الاجل محدود نیز تکیه کرد، زیرا تیم تنها یک پنجره کوتاه برای انجام مشاهدات بعدی خود داشت.

البدری گفت: زمانی که ما اولین نشانه‌ها را داشتیم که سیستم را حاوی یک سیاه‌چاله فرض کردیم، فقط یک هفته فرصت داشتیم که این دو جرم در نزدیک‌ترین فاصله در مدارشان قرار بگیرند. اندازه‌گیری‌ها در این نقطه برای تخمین دقیق جرم در یک سیستم دوتایی ضروری است. توانایی Gemini در ارائه مشاهدات چرخشی سریع برای موفقیت پروژه حیاتی بود. اگر آن پنجره باریک را از دست می‌دادیم، باید یک سال دیگر صبر می‌کردیم.

مدل‌های کنونی اخترشناسان از تکامل سیستم‌های دوتایی برای توضیح اینکه چگونه پیکربندی عجیب سیستم Gaia BH1 می‌تواند پدید آمده باشد، به سختی گیج می کرد. به طور خاص، ستاره اجدادی که بعداً به سیاهچاله تازه کشف شده تبدیل شد، حداقل 20 برابر جرم خورشید ما بود.
این بدان معناست که این مجموعه تنها چند میلیون سال عمر کرده است. اگر هر دو ستاره در یک زمان تشکیل می شدند، این ستاره پرجرم به سرعت به یک ابرغول تبدیل می شد، قبل از اینکه زمان تبدیل شدن به ستاره ای مناسب، هیدروژن سوز و دنباله اصلی مانند خورشید ما باشد، پف کرده و ستاره دیگر را می بلعد.

همانطور که مشاهدات دوتایی سیاهچاله نشان می دهد، اصلاً مشخص نیست که چگونه این ستاره به جرم خورشید می تواند از آن قسمت جان سالم به در ببرد و به یک ستاره ظاهراً عادی تبدیل شود. مدل‌های نظری که امکان بقا را فراهم می‌کنند، همگی پیش‌بینی می‌کنند که این ستاره با جرم خورشیدی باید در مداری بسیار تنگ‌تر از آنچه در واقع مشاهده می‌شود، قرار می‌گرفت.

این می‌تواند نشان دهد که شکاف‌های مهمی در درک ما از چگونگی شکل‌گیری و تکامل سیاه‌چاله‌ها در سیستم‌های دوتایی وجود دارد، و همچنین وجود جمعیتی از سیاهچاله‌های خفته را در مجموعه های دوتایی‌ نشان می‌دهد که هنوز کشف نشده است.
البدری در پایان گفت: جالب است که این سیستم به راحتی با مدل های استاندارد تکامل دوتایی سازگار نیست. این پرسش‌های زیادی را در مورد چگونگی شکل‌گیری این سیستم دوتایی و همچنین تعداد زیادی از این سیاه‌چاله‌های خفته در بیرون ایجاد می‌کند.

مارتین استیل، مسئول برنامه NSF Gemini گفت: به عنوان بخشی از شبکه‌ای از رصدخانه‌های فضایی و زمینی، Gemini North نه تنها شواهد قوی برای نزدیک‌ترین سیاه‌چاله تا به امروز را ارائه کرده است، بلکه اولین سیستم سیاه‌چاله بکر را نیز ارائه کرده است که توسط گاز داغ معمولی که با سیاه‌چاله برهم‌کنش می‌کند، آشفته نیست.

وی می گوید؛ در حالی که این به طور بالقوه نویدبخش اکتشافات آینده جمعیت پیش بینی شده سیاه چاله های خفته در کهکشان ما است، مشاهدات همچنین معمایی را برای حل شدن باقی می گذارد، و آن این است که علیرغم سابقه مشترک با همسایه عجیب و غریب خود، چرا ستاره همراه در این منظومه دوتایی اینقدر عادی است؟ 
این مطالعه در ماهنامه Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد.
منبع: phys.org
مترجم: کیانوش کرمی