10 دقیقه
غول خفتهای بیدار شده است. در امواج رادیویی گستردهای که نزدیک به یک میلیون سال نوری را در بر میگیرند، ستارهشناسان یک سیاهچالهٔ اَبَرپرجرم را در حال روشن کردن مجدد جتهای خود پس از تقریباً صد میلیون سال تقریباً خاموشی مشاهده کردهاند.
میتوان آن را مانند آتشفشانی در نظر گرفت که برای ابدی به خواب رفته بود و اکنون دوباره فوران میکند — نه با گدازه، بلکه با پلاسماهای مغناطیسی شتابدادهشدهای که از قلب کهکشان به فضا پرتاب میشوند. جریانهای تازه باززده با گاز داغ پیرامون خوشه کهکشانی برخورد و آن را میتراشند؛ نتیجه خمیدگیهای چشمگیر، لوبهای فشردهشده و سابقهای لایهای از فسیلهای حاصل از فورانهای متعدد است.
نحوهٔ مشاهدهٔ بازراهاندازی
بیداریِ دوبارهٔ J1007+3540 با تصویربرداری رادیویی عمیق از دو تداخلسنج مکمل آشکار شد: LOFAR (مصفوفهٔ فرکانس پایین) و تلسکوپ رادیویی غولپیکر مترو ویوِ بهروزرسانیشدهٔ هند، uGMRT. این دو با هم پلاسماهای کمنور و پیر را در فرکانسهای رادیویی پایین و تابشهای فشردهتر و درخشان نزدیک به سیاهچاله را نگاشت میکنند. نتیجه تصویری است که مانند لایههای زمینشناسی خوانده میشود — جتهای تازه و درخشان که درون یک پیلهٔ قدیمی و پراکنده قرار گرفتهاند.
این تصویر LOFAR DR2 از J1007+3540 که بر روی یک تصویر نوریِ پان-استارس (Pan-STARRS) قرار گرفته است، یک جت درونی فشرده و درخشان را نشان میدهد که بیداری دوبارهٔ سیاهچالهٔ «خفته» در قلب این کهکشان رادیویی عظیم را نمایان میسازد.
نویسندهٔ اصلی، شوبا کوماری (دانشگاه میدنپور)، صحنه را دراماتیک توصیف میکند. جت درونی فشرده و پرنور است و نشانهای واضح از فعالیت اخیر محسوب میشود. اطراف آن لوبهای کمنورتر و پیرتر دیده میشود: پلاسماهایی که در دورههای پیشین بیرون رانده شدهاند و برای دهها تا صدها میلیون سال در حال سرد شدن بودهاند. قرارگیری تابش تازه و فسیلی کنار هم همان مدرک محکمی است که نشان میدهد هستههای کهکشانی فعال (AGN) رفتار دورهای دارند — روشن میشوند، خاموش میگردند و دوباره در طول زمان کیهانی شعلهور میشوند.
تحلیل تیم نشان میدهد که لوب شمالی بهویژه تغییرشکل شدیدی یافته است. به جای پیکانهای صاف و یکدست، نقشههای رادیویی ساختارهای فشرده و منحنیشده و نمایههای بازجریان (backflow) را نشان میدهند، جایی که پلاسماهای قدیمی ظاهراً توسط نیروهای خارجی به پهلو رانده شدهاند. دادههای uGMRT نشان میدهد که منطقهٔ فشرده یک طیف رادیویی فوقالعاده شیبدار دارد، به این معنی که ذرات نسبیتی آن پیر و از لحاظ انرژی تحلیلرفتهاند — نشانهای از قرارگیری طولانیمدت در محیط خشن و پرفشار خوشه.
ترکیب حساسیت فرکانس پایین LOFAR برای آشکارسازی انتشارهای قدیمی و پراکنده و وضوح مکانی بهتر uGMRT برای دیدن ساختارهای درونی، تصویری چندمقیاسی از جت بازراهاندازیشده فراهم میکند. این روش چندرصدنی از دیدبانِ رادیویی، یکی از مؤثرترین ابزارها برای مطالعهٔ تکامل پلاسماهای رادیویی و تاریخچهٔ فعالیت AGN است.
همین تصاویر با برچسبها که لوب شمالی فشردهشده، امضای بازجریان منحنیشکل پلاسما و جت درونی سیاهچاله را نشان میدهند.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟ چون فعالیت سیاهچاله را درون یک زمینهٔ زیستمحیطیِ زنده قرار میدهد. J1007+3540 منزوی نیست. این شی درون یک خوشهٔ عظیم کهکشانی زندگی میکند که با گازی فوقالعاده داغ و منتشرکنندهٔ اشعهٔ ایکس پر شده و فشار زیادی اعمال میکند. هنگامی که جتهای تازه شلیکشده درون این محیط فرو میروند، خم میشوند و فشرده میگردند، گاهی پاره میشوند و اغلب دنبالههای طولانی و کمنور از پلاسماهای مغناطیسی را به جا میگذارند که توسط جریانهای خوشهای کشیده میشوند.
از منظر رادیوآسترونومی و فیزیک پلاسما، نحوهٔ تعامل جتهای رادیویی با محیط خوشه، معیارهای کلیدی در تعیین انتقال انرژی، پراکندگی میدانهای مغناطیسی و مسیرهای پیرشدگی ذرات را فراهم میآورد. بهویژه مناطقی با طیفهای فوقالعاده شیبدار برای مدلهای پیرشدگی طیفی (spectral aging) ارزشمند هستند چون چارچوب زمانیِ افت انرژی الکترونهای نسبیتی را محدود میکنند.
برای تحلیل دقیقتر، محققان معمولاً از روشهای ریزطیفی و مدلسازی طیفی استفاده میکنند تا سن تقریبی اجزای مختلف پلاسما، نرخ افت انرژی، و سهم فرآیندهای تشعشعی مانند سنکرون و گسترش آدیاباتیک را برآورد کنند. در مورد J1007+3540، دادهها نشان میدهند که برخی نواحی احتمالاً صدها میلیون سال از آخرین تزریق انرژی فاصله دارند در حالی که جت درونی نشانهٔ بازراهاندازی در چند میلیون تا چند ده میلیون سال اخیر را دارد.
پیامدها برای تکامل کهکشان و خوشه
این مشاهدات جزئیاتی را روشن میکنند که به چند پرسش گستردهتر در اخترفیزیک خارجکهکشانی پاسخ میدهند: هر چند وقت یکبار سیاهچالههای اَبَرپرجرم بین حالتهای روشن و خاموش در نوساناند؟ پلاسماهای رادیویی پیر چگونه با گاز میان-خوشهای (intracluster medium) تعامل میکنند؟ و دورههای تکرارشوندهٔ جت چگونه شکل و سرنوشت یک کهکشان و محیط اطراف آن را تغییر میدهند؟
J1007+3540 یک آزمایشگاه عملی ارائه میدهد. مورفولوژی لایهایِ رادیویی تاریخچهای را بازگو میکند: فورانهای متعدد در دورههای مختلف زمانی که بهخاطر محیط متراکم خوشه متوقف و بازشکلدهی شدهاند. این پدیده نشان میدهد که رشد کهکشانها صرفاً یک فرآیند آرام و یکنواختِ جذب فضا-پرتاب نیست، بلکه گفتوگویی خشن بین بازخورد انفجاریِ سیاهچاله و فشار خردکنندهٔ محیط است که تلاش میکند آن را محصور کند.
دکتر سابیاساچی پال، یکی از نویسندگان مشترک، تأکید میکند که این سیستم نمونهٔ درسی از تعامل جت-خوشه است: «J1007+3540 یکی از واضحترین و چشمگیرترین نمونههای AGN دورهای همراه با تعامل جت-خوشه است، جایی که گاز داغ پیرامون جتها را خم، فشرده و تغییر شکل میدهد.» تصاویر هم ضربهٔ انرژیای از یک AGN بازراهاندازیشده و هم تأثیر ظریف و بلندمدت گاز خوشه را که پلاسماهای بازمانده را میتراشند ثبت میکنند.
فراتر از شکلشناسی (مورفولوژی)، این دادهها به مدلهای پیرشدگی ذرات، انتقال انرژی و تکامل میدانهای مغناطیسی در کهکشانهای رادیویی خوراک میرسانند. برای نمونه، مناطق دارای طیف بسیار شیبدار بازهٔ زمانیای را که در آن ذرات انرژی خود را از دست میدهند محدود میکنند؛ بازجریانهای منحنیشکل و دنبالههای طولانی و پراکنده راههایی را نشان میدهند که خوشه پلاسما و میدانهای مغناطیسی را در طول میلیونها سال بازتوزیع میکند.
در یک نگاه عملی، این کشف قدرت نظرسنجیهای همپوشان فرکانس پایین را برجسته میکند. LOFAR انتشارهای باستانی و ضعیف را در بزرگترین مقیاسها بررسی میکند؛ uGMRT دیدهایی با وضوح بالاتر از ساختارهای درونی فراهم میآورد. وقتی این دادهها ترکیب میشوند، یک پرترهٔ چندمقیاسی از یک AGN ساخته میشود که حاضر نیست ساکت بماند. چنین ترکیبهایی درک ما را از بازخورد رادیویی (radio-mode feedback) در تنظیم تبرید گاز، شکلگیری ستارگان و تکامل خوشهها بهبود میبخشند.
در زمینهٔ شکلگیری ساختارهای کیهانی، فعالیتهای دورهای AGN میتوانند مانع از سرد شدن سریع گاز در هستهٔ خوشه شوند، بهطور بالقوه نرخ شکلگیری ستارگان را تنظیم کنند و بر اشتراک انرژی میان فازهای مختلف گازی تأثیر بگذارند. مشاهدات J1007+3540 نمونهای از چگونگی تزریق انرژی در مقیاسهای وسیع و تأثیر آن بر اکولوژی کهکشانی را ارائه میدهند.
از منظر نظری نیز، سنجش تأثیرات این گونه بازراهاندازیها بر ماتریس فشار، آنتروپی و پروفیلهای دما در خوشه میتواند به بهبود مدلهای طیفی-هیدرودینامیکی کمک کند. شبیهسازیهایی که شامل فیدبک دورهای و اثرات مغناطیسی باشند، برای تطابق با تصاویر چندفرکانسی و نقشههای طیفی ضروریاند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر مایا هرتفورد، اخترفیزیکدانی که بازخورد در حالت رادیویی را مطالعه میکند، پسزمینهای ارائه میدهد: «گاهی فراموش میکنیم که خوشههای کهکشانی چقدر پویا هستند. یک جتِ بازراهاندازیشده در یک محیط چگال، گفتوگویی میان مقیاسها است — سیاهچاله به زبان پارسک سخن میگوید، خوشه در مقیاسهای صدها کیلوپارسک پاسخ میدهد. مشاهداتی مانند این به ما اجازه میدهد که به آن گفتوگو گوش دهیم و اندازهگیری کنیم که بازخورد چگونه تبرید گاز و شکلگیری ستاره را شکل میدهد.» نظر او بر اهمیت کیهانی گستردهتر تأکید میکند: فعالیت AGN رشد کهکشانها و تاریخچهٔ ترمودینامیکی خوشهها را تنظیم میکند.
بهسمت آینده، تیم پژوهشی برنامهریزی کرده است تا مشاهداتی با وضوح بالاتر و عمق بیشتر انجام دهد تا مسیر پیمایش جت درونی را دنبال کند و پیرشدگی طیفی across لوبها را با دقت بیشتر اندازهگیری نماید. این پیگیریها روشنتر خواهند ساخت چگونه انرژی وارد محیط خوشه میشود و چهقدر این نوع رویدادهای بیداریهای مجدد در طول زمان کیهانی رخ میدهند.
علاوه بر تصویربرداری رادیویی، ترکیب دادهها با نقشهبرداری اشعهٔ ایکس از گاز میانخوشهای و مشاهدات در باندهای فروسرخ و اپتیکی میتواند تصویر کاملتری از تأثیرات حرارتی و مکانیکی AGN در خوشه ارائه دهد. این همپوشانی چندباندی به تعیین انرژی تزریقشده، نرخ جابهجایی جرم و تأثیر بلندمدت بر تشکیل ساختار کمک خواهد کرد.
برای اکنون، J1007+3540 بهعنوان یادآور روشنی ایستاده است که جهان هنوز توانایی شگفتزده کردن ما را دارد. سیاهچالهای که دورانهای زمینشناسی را در خواب گذرانده بود میتواند دوباره بیدار شود و در انجام این کار، نیروهای نامرئیای را که کهکشانها را در خوشهها پیوند میدهند و سرنوشت ماده را در بزرگترین مقیاسها شکل میدهند، آشکار سازد.
این کشف همچنین انگیزهای برای توسعهٔ بیشتر ابزارهای رادیویی فرکانس پایین، ارتقای روشهای پردازش دادهٔ تداخلسنجی و بهبود الگوریتمهای تحلیل طیفی فراهم میآورد. در نهایت، شناسایی و مطالعهٔ بیشتر این دست از AGNهای دورهای در خوشهها میتواند تصویر جامعی از نقش بازخورد رادیویی در تکامل ساختارهای کیهانی ارائه کند و جای خالیِ بسیاری از پاسخهای نظری را پر نماید.
منبع: scitechdaily
نظرات
اتو_ر
من شبیهسازی جت کار کردم، خمیدگیها و بازجریانها کاملا منطقیه؛ ولی بدون نقشهٔ X و ریزطیفی دقیق، هنوز خیلی سوال دارم
امیر
متن پُر از صحنهپردازیه، «آتشفشان» تشبیه جذابه ولی یه ذره اغراقآمیزه، با دادهٔ بیشتر بهتر قانع میشم
استروست
ترکیب LOFAR و uGMRT خیلی قدرت داره؛ مناطق با طیف بسیار شیبدار واقعا برای مدلهای پیرشدگی ارزشمندن. کاش تصاویر اشعه X هم میداشتن.
توربو
یعنی واقعا صد میلیون سال خاموش بوده بعد دوباره روشن شده؟ چطور این بازههای زمانی رو دقیق تعیین میکنن، روش چیه؟
کوینر
به نظرم منطقیه، فیدبک رادیویی واقعا میتونه شکلگیری ستاره رو تنظیم کنه. اما چند٪ از خوشهها این مدلِ دورهای رو نشون میدن؟
اتومیکس
واااو، یک غول بیدار شده… تصویرا مثل لایههای زمینشناسیِ کیهانیان؛ هیجانانگیز و کمی ترسناک، خیلی کنجکاوم بدونم مرحله بعدی چیه
ارسال نظر