معرفی روشی جدید برای بررسی فعالیت پدیده‌های فضایی

محققان آکادمی علوم چین در تحقیقی جدید با همکاری دو دانشگاه دیگر روشی جدید برای بررسی میزان فعالیت سیاه‌چاله‌ها و اختروش‌ها در فضا ارائه کرده‌اند.

کد خبر: ۱۸۲۸۸۵

تاریخ: ۱۴ آبان ۱۳۹۶ - ۱۶:۰۶

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از اسپیس، پس از کشف "کمان ای *"( Sagittarius A*) در مرکز کهکشان راه شیری، منجمان به این نتیجه رسیدند که در مرکز اکثر کهکشان‌های حجیم و متراکم، یک سیاه‌چاله کلان جرم وجود دارد که سبب بلعیدن حجم زیادی از مواد و انرژی "هسته فعال کهکشانی"(Active Galtic Nuclei) می‌شوند.

در طول دهه‌های گذشته منجمان با بررسی پرتوهای نوری که از این هسته‌های فعال رصد می‌شوند، به میزان فعالیت سیاه‌چاله‌ها پی برده‌اند که پیچیدگی‌ها و چالش‌های فراوانی نیز در این روش وجود دارد.

در سال‌های اخیر این روش با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و بررسی خطوط طیفی امواج سیاه‌چاله‌ها بهبود پیدا کرده است اما همچنان چالش‌های زیادی در آن به چشم می‌خورند.

سیاه‌چاله‌های کلان جرم معمولا یک حلقه از گاز و غبار در اطراف خود دارند و گرانش سیاه‌چاله سبب سرعت گرفتن این حلقه تا چندین‌هزار کیلومتر بر ثانیه می‌شود و تابش‌های زیادی را در طول موج‌های مختلف به اطراف می‌تاباند که منجمان با رصد آن می‌توانند به وجود سیاه‌چاله پی ببرند.

گسترش این گازها با سرعت زیاد و در جهات مختلف سبب بی‌نظمی و ترکیب طول موج‌ها شده و امکان دقیق شدن محاسبات را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

حال محققان چینی موفق به ارائه روشی‌ شده‌اند که می‌تواند انجام این کار را تا حدودی ساده‌تر کند و به منجمان کمک کند تا بتوانند جرم سیاه‌چاله‌ها را با دقت بهتری تخمین بزنند.

"مایکل برادرتون"(Micheal Brotherton) یکی از محققان این پروژه گفت: بسیاری از افراد با خود فکر می‌کنند که اگر سیاه‌چاله در مرکز کهکشان قرار دارد چرا اینقدر مرکز کهکشان‌ها نورانی و فعال است. در واقع این بخش نورانی همان هسته فعال و دیسکی است که به دور سیاه‌چاله مرکزی حلقه زده است که در صورتی که انرژی آنها از حد معینی بالاتر برود به اختروش تبدیل می‌شوند.

اختروَش (Quasar)، یک هسته فعال به شدت نورانی و دوردست است که وابسته به یک کهکشان جوان است. آنها در ردهٔ یک کلاس هسته کهکشانی فعال قرار دارند.

اختروش‌ها پیشتر به عنوان منابع انرژی الکترومغناطیسی شامل امواج رادیویی و نور مرئی با انتقال به سرخ زیاد شناخته می‌شدند که به ستاره‌ها شبیه بودند.

باوجود بحث‌های مختلف بر سر وجودیت این شئ آسمانی همگی دانشمندان به یک توافق علمی رسیدند که یک اختروش هاله متراکم شده ماده‌ است که ابرسیاه چاله یک کهکشان جوان را احاطه کرده‌ است.

این محقق خاطرنشان کرد: با روش جدید ما به این نتیجه رسیده‌ایم که می‌توان میزان دقت تخمین جرم سیاه‌چاله‌ها حدود 200 تا 300 درصد افزایش داد.

در این تحقیق محققان یک مدل کامپیوتری جدید را معرفی کردند که روند تحرکات گازهای پیرامون سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را شبیه‌سازی می‌کند.

نیروی سیاه‌چاله سبب تغییر در وضعیت گازهای این ناحیه می‌شود و برخی از آنها را از حلقه پیرامونی به خارج از محدوده می‌فرستد و برخی را نیز به داخل خود می‌کشد.

محققان در بررسی‌های خود دریافتند این تحرکات به وضعیت چگالی گازها بستگی دارد و می‌توان براساس نوع گاز، چگالی و سرعت حرکت آن در کهکشان مشخص کرد که سیاه‌چاله مرکزی چه جرمی دارد.

در حالی که این تحقیق تمام راز و رمزهای سیاه‌چاله‌ها و هسته‌های فعال را روشن نمی‌کند اما می‌تواند یک قدم بسیار موثر در شناخت بهتر آنها محسوب شود.

سیاه‌چاله، ناحیه‌ای از فضا-زمان است که آثار گرانشی آن، چنان نیرومند است که هیچ چیز - حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مثل نور - نمی‌توانند از میدان گرانش آن بگریزند.

نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود. مرز این ناحیه از فضا- زمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را افق رویداد می‌نامند.

صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که همه نوری که از افق رویداد آن می‌گذرد را به دام می‌اندازد که از این دیدگاه، سیاه‌چاله رفتاری شبیه به جسم سیاه در ترمودینامیک دارد.

از سوی دیگر نیز، نظریه میدان‌های کوانتومی در فضازمان خمیده پیش‌بینی می‌کند که افق‌های رویداد نیز تابشی به نام تابش هاوکینگ گسیل می‌کنند که طیف آن همانند طیف جسم سیاهی است که دمای آن با جرمش نسبت وارونه دارد. میزان دما در مورد سیاهچاله‌های ستاره‌ای در حد چند میلیاردم کلوین است و از این رو ردیابی آن دشوار است.

اجسامی که به دلیل میدان گرانشی بسیار قوی اجازه گریز به نور نمی‌دهند برای اولین بار درسده ۱۸ (میلادی) توسط جان میچل و پیر سیمون لاپلاس مورد توجه قرار گرفتند. نخستین راه حل نوین نسبیت عام که در واقع ویژگی‌های یک سیاهچاله را توصیف می‌نمود در سال ۱۹۱۶ میلادی توسط کارل شوارتزشیلد کشف شد. هر چند که تعبیر آن به صورت ناحیه‌ای از فضا که هیچ چیز نمی‌تواند از آن بگریزد، تا چهار دهه بعد به خوبی درک نشد.

برای دوره‌ای طولانی این چالش مورد کنجکاوی ریاضیدانان بود تا اینکه در میانه دهه ۱۹۶۰، پژوهش‌های نظری نشان داد که سیاهچاله‌ها به راستی یکی از پیش‌بینی‌های ژنریک نسبیت عام هستند. یافتن ستارگان نوترونی باعث شد تا وجود اجرام فشرده شده بر اثر رمبش گرانشی به عنوان یک واقعیت امکانپذیر فیزیکی مورد علاقه دانشمندان قرار گیرد.

اینگونه پنداشته می‌شود که سیاهچاله‌های ستاره‌ای در جریان فروپاشی ستاره‌های بزرگ در یک انفجار ابرنواختری در پایان چرخه زندگی‌شان بوجود می‌آیند. جرم یک سیاهچاله پس از شکل‌گیری می‌تواند با دریافت جرم از پیرامونش افزایش یابد. با جذب ستارگان پیرامون و بهم پیوستن سیاهچاله‌های گوناگون، سیاهچاله‌های کلان جرم با جرمی میلیون‌ها برابر خورشید تشکیل می‌شوند.

یک سیاهچاله به دلیل اینکه نوری از آن خارج نمی‌گردد نادیدنی است، اما می‌تواند بودن خود را از راه کنش و واکنش با ماده از پیرامون خود نشان دهد. از راه بررسی برهمکنش میان ستاره‌های دوتایی با همدم نامرئی‌شان، اخترشناسان نامزدهای احتمالی بسیاری برای سیاهچاله بودن در این منظومه‌ها شناسایی کرده‌اند. این باور جمعی در میان دانشمندان رو به گسترش است که در مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاه‌چاله کلان‌جرم وجود دارد. برای نمونه، دستاوردهای ارزشمندی بازگوی این واقعیت است که در مرکز کهکشان راه شیری ما نیز یک سیاهچاله کلان جرم با جرمی بیش از چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد.