دانشمندان شوکه شدند؛ یک سیاهچاله مثل خورشید رفتار میکند
ستارهشناسان موفق شدهاند انفجاری بینظیر را از یک سیاهچاله کلانجرم (SMBH) دوردست شناسایی کنند؛ سیاهچالهای که در یک کهکشان مارپیچی میلهای به نام NGC 3783 قرار دارد و حدود ۱۳۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. تلسکوپ هابل اخیراً تصویری دقیق از این کهکشان ثبت کرده است؛ تصویری که بازوهای زیبای مارپیچی و هسته بسیار درخشان آن را نشان میدهد.
تقریباً همهی کهکشانهای بزرگ یک سیاهچاله کلانجرم در مرکز خود دارند. این سیاهچالهها با بلعیدن گاز و غبار اطرافشان فعال میشوند و وقتی این فرایند بهطور جدی ادامه یابد، به آن «هسته کهکشانی فعال» یا AGN گفته میشود. مادهای که در قرص برافزایشی دور سیاهچاله جمع میشود، به دماهای بسیار بالا میرسد و پرتوهای قدرتمند در طولموجهای مختلف تولید میکند؛ تابشی که اغلب با فورانهای انرژی شدید همراه است.
در تازهترین مشاهدات، پژوهشگران سازمان تحقیقات فضایی هلند (SRON) با استفاده از تلسکوپهای پرتو ایکس کریسم (XRISM) و ایکسامام-نیوتون (XMM-Newton) این سیاهچاله را طی یک بازهی دهروزه زیر نظر گرفتند. آنها فورانهای معمول هستههای فعال کهکشانی (AGN) را ثبت کردند؛ فورانهایی که با تغییرات چشمگیر در روشنایی پرتوهای ایکس همراه بود.
اما در کنار این فورانها، اتفاقی غیرمنتظره هم ثبت شد: همزمان با یکی از این رویدادها، جریانى از گاز با سرعتی حدود ۶۰ هزار کیلومتر بر ثانیه یعنی نزدیک به ۲۰ درصد سرعت نور از قرص برافزایشی سیاهچاله به بیرون پرتاب شد. چنین سرعتی بهطور معمول در این دسته از سیاهچالهها دیده نمیشود. اخترفیزیکدانان این نوع جهشها را «جریانهای فوقسریع» (UFO) مینامند.
«تا حالا ندیده بودیم یک سیاهچاله با این سرعت باد تولید کند.» این را لییی گو (Liyi Gu)، نویسنده اصلی مقاله میگوید و در ادامه توضیح میدهد:
برای نخستین بار مشاهده کردیم که یک انفجار سریع پرتو ایکس میتواند فوراً بادهایی فوقسریع ایجاد کند؛ بادهایی که تنها ظرف یک روز شکل گرفتهاند.
ماتئو گوایناتسی (Matteo Guainazzi)، دانشمند پروژه XRISM در آژانس فضایی اروپا نیز این پدیده را با شرارههای خورشیدی مقایسه میکند:
این بادها احتمالاً زمانی ایجاد شدهاند که میدان مغناطیسی پیچیده AGN بهسرعت بازآرایی شده؛ درست مثل زمانی که شرارههای خورشیدی رخ میدهند، اما در مقیاسی غیرقابل تصور.
رفتاری شبیه فورانهای خورشیدی
این خروج ماده شباهت زیادی به فوران تاج خورشیدی (CME) دارد؛ همان زمانی که خورشید حجم بزرگی از پلاسمای داغ را به فضا پرتاب میکند. با این حال، سرعت حدود ۶۰ هزار کیلومتر بر ثانیهای این جریان، چندین مرتبه بیشتر از سرعت یک فوران تاج خورشیدی معمولی است که معمولاً نزدیک به ۱۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه اندازهگیری میشود.
نکته شگفتانگیز دیگر این است که این رویداد ظاهراً منحصر به یک لحظه نبوده است. پژوهشگران میگویند این خروج ماده احتمالاً بخشی از یک دورهٔ فوران سهروزه بوده و در همین مدت، یک جریان ثانویه نیز با سرعتی حدود ۳۷۰۰ کیلومتر بر ثانیه شناسایی شده است.
در این رویداد ابتدا چند شراره کوچک رخ داد و سپس یک شراره اصلی و قدرتمند شکل گرفت. پژوهشگران برای تحلیل دقیقتر این شراره، آن را به پنج بازه زمانی تقسیم کرده و تغییرات پرتو ایکس را بررسی کردند.
آنها دریافتند که منبع این شراره در فاصلهای حدود ۵۰ برابر اندازه سیاهچاله قرار دارد؛ منطقهای بسیار پرآشوب که در آن گرانش فوقالعاده قوی و میدانهای مغناطیسی پیچیده با هم تعامل دارند. پژوهشگران بر این باورند که این فوران توسط بازپیوند مغناطیسی شکل گرفته است؛ فرآیندی که طی آن خطوط میدان مغناطیسی ناگهان بازآرایی میشوند و بخشی از انرژی مغناطیسی به انرژی جنبشی تبدیل میشود. این انرژی جنبشی، پلاسمای داغ را با سرعتی باورنکردنی به بیرون پرتاب کرده است.
اهمیت کشف
این کشف فقط یک پدیده عجیب نیست. AGN نقش کلیدی در بازخورد سیاهچالهها دارند فرآیندی که در آن سیاهچاله علاوه بر بلعیدن ماده، با بادها و فوارههای قدرتمند، محیط پیرامون خود را دگرگون میکند. این بادها میتوانند گازهای سرد مولد ستاره را گرم یا از کهکشان خارج کنند و بر آهنگ ستارهزایی تأثیر بگذارند. اما هنوز مشخص نیست چه چیزی این فرآیندها را فعال یا متوقف میکند.
کامیل دیز (Camille Diez)، عضو تیم تحقیق، میگوید:
چون این بادها تا این حد روی تکامل کهکشانها اثر میگذارند، درک بهتر مغناطیس AGN و نحوه شکلگیری این بادها برای فهم تاریخ کیهان ضروری است.
در این کشف، تلسکوپ XMM-Newton فوران اولیه را رصد کرد و XRISM جزئیات بادهای فوقسریع را با دقت بیسابقهای بررسی نمود. شدت این فوران حدود ۱۰ میلیارد برابر یک فوران تاج خورشیدی بوده است؛ البته با توجه به جرم این سیاهچاله که تقریباً ۳۰ میلیون برابر خورشید است، چنین تفاوتی چندان شگفتآور نیست.
در پایان، اریک کولکرز (Erik Kuulkers)، دانشمند پروژه XMM-Newton، توضیح میدهد:
این یافته نشان میدهد که شاید فیزیک خورشیدی و فیزیک پرانرژی در سراسر جهان، بیشتر از آنچه فکر میکردیم، شبیه هم عمل میکنند.
