کشف سیاه‌چاله‌ای تنها و سرگردان در کهکشان راه شیری با همکاری استاد و فارغ‌التحصیل دانشکده فیزیک

تنها، تاریک و سرگردان

کشف سیاه‌چاله‌ها و سردرآوردن از ذات و کارشان کار سختی‌ست، چون اگر کسی کاری به کارشان نداشته باشد و برای خودشان زندگی کنند، هیچ نوری از آنها ساطع نمی‌شود تا بتواند اطلاعاتی را به ناظران بیرونی برساند. به همین خاطر تا امروز تنها می‌توانستیم از وجود و ماهیت سیاه‌چاله‌هایی باخبر شویم که در پیله تنهایی فرو نرفته باشند و اطراف‌شان دیگرانی هم حضور داشته باشند و اثر حضور سیاه‌چاله بر این دیگران به چشم بیاید؛ حالا یا سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم در مرکز یک کهکشان آرمیده و مدار ستاره‌های داخل کهکشان را پیچ و تاب می‌دهد و حتی به دام تکنیک‌های تصویربرداری عجیب‌وغریب انسان‌ها هم می‌افتد، یا یک سیاه‌چاله از ابرهای گازی اطرافش یا همدم ستاره‌ای‌اش جرم می‌دزدد و می‌بلعد و در کش‌وقوس همین بلعیدن، امواج اشعه ایکس از گازهای داغی که در حال سقوط به سیاه‌چاله‌اند، ساطع می‌شود و یا دو سیاه‌چاله در یک برخورد شکوهمند در هم ادغام می‌شدند و امواج گرانشی ناشی از این برخورد، جهان را از حضورشان مطلع می‌کند.

اما در روزهای اخیر خبر یک کشف برای شکارچیان و جست‌وجوگران سیاه‌چاله‌ها به شدت هیجان‌انگیز بود؛ کشف یک سیاه‌چاله سرگردان و تنها با جرمی در حدود جرم ستاره‌ها در کهکشان راه شیری برای اولین بار. این سیاه‌چاله با استفاده از داده‌های حاصل از ۶ سال رصد به کمک تلسکوپ هابل و تلسکوپ‌های زمینی در فاصله ۵۰۰۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی قوس نقاب از چهره برداشت.

برای این کشف از تکنیک اخترسنجی به کمک ریزهمگرایی گرانشی استفاده شده؛ تکنیکی که بر نسبیت عام استوار است. در واقع براساس نسبیت عام اجرام به‌خاطر جرم‌شان ساختار فضا-زمان را تاب می‌دهند و خم می‌کنند و هنگامی که نور می‌خواهد از کنارشان عبور کند، مجبور به گذر از همین فضا-زمان خم‌شده است. در نتیجه اجرام مثل یک عدسی مسیر عبور نور را خم می‌کنند؛ عدسی‌های گرانشی که می‌توانند هم روشنایی و هم موقعیت ظاهری منبع نور را در امتداد خط دید ناظر تغییر دهند.

در این پدیده که همگرایی گرانشی نام دارد، نور ساطع‌شده از جسمی در فاصله دور (منبع نور) در میدان گرانشی جسم نزدیک‌تر به ناظر که همان عدسی گرانشی‌ست، خم شده و در اثر این خم شدن نور، چندین تصویر از منبع روی حلقه‌ای دور عدسی تشکیل می‌شود؛ حلقه‌ای که به نام نظریه‌پرداز نسبیت، حلقه اینشتین معروف شده و شعاع آن تابعی از جرم لنز است. مشاهده تصویری از آسمان حاوی حلقه اینشتین تنها برای عدسی‌های پرجرم مانند کهکشان‌ها ممکن است، زیرا جرم آنها و در نتیجه شعاع حلقه اینشتین تصویر آن‌قدر بزرگ است که قابل تفکیک باشد. اما اگر هم‌گرایی گرانشی در اثر میدان گرانشی اجرامی در حد ستارگان رخ دهد، تصویر چندگانه تشکیل‌شده قابل تفکیک نبوده و در نتیجه تنها روشنایی منبع نور بیشتر خواهد شد و یا موقعیتش در آسمان تغییر خواهد کرد؛ پدیده‌ای که ریزهمگرایی گرانشی نام داد.

 

پدیده همگرایی گرانشی

 

ستاره‌شناسان سال‌ها کهکشان راه شیری را به دنبال این انحرافات موقعیت و تغییرات روشنایی ستاره‌ها جست‌وجو کرده‌اند. در سال ۲۰۱۱ تلسکوپ‌هایی در نیوزلند و شیلی تغییر نور ستاره‌ای دوردست را ثبت کردند؛ پدیده‌ای بحث‌برانگیز و جذاب که باعث شد مطالعه‌ای گسترده با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل روی این ستاره و تغییر نور آن شروع شود تا عامل این تغییر نقاب از چهره بردارد. مطالعه روی این پدیده شش سال طول کشید و هر شش ماه تا یک‌سال یک‌بار رصدگران مجبور به مشاهده آن ستاره بودند. در نهایت هابل دوست‌داشتنی این توانایی را به دانشمندان داد تا تغییر ظاهری موقعیت ستاره را با دقت فوق‌العاده‌ای در حدود ۰.۲ میلی‌ثانیه قوس اندازه‌گیری کنند. این تغییر موقعیت در آسمان ۱۰ میلیون بار از قطر ماه کامل کوچک‌تر است!

مقدار انحراف مشاهده شده در طول این مطالعه شش ساله نشان می‌دهد که جرم جسمی که به عنوان عدسی گرانشی عمل کرده، چیزی در حدود هفت برابر جرم خورشید است، اما این جرم نمی‌تواند یک ستاره معمولی یا یک منظومه ستاره‌ای باشد، زیرا تاکنون هیچ تابشی از آن مشاهده نشده و از سوی دیگر بسیار سنگین‌تر از آن است که کوتوله سفیدی باقی‌مانده در انتهای زندگی یک ستاره معمولی باشد. همچنین جرم محاسبه‌شده برای یک منظومه دوتایی از ستاره‌های نوترونی هم زیادتر از حد است. در کل شواهد به‌دست‌آمده بیشتر حکم می‌کند که عدسی گرانشی کشف‌شده سیاه‌چاله‌ای تنها با جرمی در حدود جرم معمول ستارگان باشد.

این سیاه‌چاله تنها در کهکشان راه شیری سرگردان است، آن هم با سرعتی حدود ۱۶۲ هزار کیلومتر بر ساعت که بیشتر از سرعت معمول ستارگان کهکشان به شمار می‌رود. به همین خاطر دانشمندان حدس می‌زنند که انفجار ابرنواختری که سیاه‌چاله را ایجاد کرده، آن‌قدر شدید بوده که ضربه ناشی از آن، سیاه‌چاله باقی‌مانده را وسط کهکشان با این سرعت زیاد رها کرده است.

در این کشف مهم و بین‌المللی دو تن از فیزیک‌دان‌های شریفی هم در بین ۵۰ دانشمند همکار در پروژه حضور داشته‌اند؛ دکتر سهراب راهوار، استاد دانشکده فیزیک و دکتر صدیقه سجادیان، فارغ­التحصیل دانشکده فیزیک و استاد دانشگاه صنعتی اصفهان. این کشف می‌تواند به سرشماری کامل جمعیت سیاه‌چاله‌ها و درک شکل‌گیری و تکامل سیاه‌چاله‌هایی با جرمی در حدود جرم ستارگان در آینده کمک شایانی کند.

 

منابع:

scientificamerican

physicsworld

توسط فاطمه خسروی

شاید بپسندید مطالب بیشتر از نویسنده

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.