6 دقیقه
کشف: سیاه‌چاله‌ای فراپُرجرم در SDSS J1148+1930
کهکشانی به فاصله تقریبی ۵ میلیارد سال نوری از زمین که در فهرست به نام SDSS J1148+1930 ثبت شده، میزبان سیاهچاله مرکزی با برآورد جرمی معادل ۳۶.۳ میلیارد برابر جرم خورشید است. این میزان جرم، این سیاهچاله را در زمره عظیمترین سیاهچالههای شناسایی شده تاکنون و بسیار نزدیک به سقف جرمی که مدلهای رشد اخترفیزیکی پیش‌بینی کرده‌اند، قرار میدهد. برای مقایسه، سیاهچاله مرکزی راه شیری، یعنی کمان ای*، تنها ۴.۳ میلیون برابر جرم خورشید وزن دارد و در برابر این هیولای جدید، بسیار کوچک به شمار می‌آید.
اخترشناسانی که در این پژوهش مشارکت داشتند، با توجه به بزرگی غیرمتعارف این جرم، آن را نه فقط «ابرپُرجرم» بلکه «فراپُرجرم» خوانده‌اند. توماس کالت (دانشگاه پورتسموث) می‌گوید: «این سیاهچاله در میان ۱۰ سیاهچاله سنگین کشف شده تاریخ قرار دارد و شاید عظیمترین آن‌ها باشد.» تیم پژوهشی تأکید میکند که برآورد دقیق آن‌ها ابهامات پیشین در محاسبه جرم بزرگ‌ترین سیاهچالهها را تا حد قابل توجهی کاهش داده است.
روش اندازهگیری جرم: عدسی گرانشی و دینامیک ستارهای
شناسایی و تعیین جرم سیاهچاله SDSS J1148+1930 با ترکیب دو روش عدسی گرانشی و مطالعه حرکات ستارهای میسر شد. این سامانه همچنین با پدیده بصری بی‌نظیر موسوم به «نعل اسب کیهانی» پیوند خورده است: یک کمان نوری به شکل نعل اسب که در اثر عدسی شدن نوری که از یک کهکشان دورتر از پس یک کهکشان عظیم‌تر پیش‌زمینه عبور میکند، شکل می‌گیرد. در چنین عدسیهای گرانشی، میزان و شکل اعوجاج نور اطلاعاتی در مورد توزیع جرم کهکشان پیش‌زمینه و از جمله حضور سیاهچاله مرکزی فراهم میکند.
کارلوس ملو-کارنیرو (دانشگاه فدرال ریو گرانده دو سول)، نویسنده اصلی، تاکید میکند که این سیاهچاله در حالت «خاموش»—بدون جذب فعالانه گاز و بدون قرص برافزایشی درخشان—تنها از طریق تاثیر گرانشی‌اش بر ستارگان پیرامون و نور عدسی‌شده قابل شناسایی شد. مدلسازی دقیق کمان نعل اسب و سنجش حرکت ستارگان نزدیک مرکز کهکشان (دینامیک ستارهای) به اخترشناسان امکان میدهد جرم کل کهکشان و سیاهچاله مرکز آن را محدود کنند.
دینامیک ستارهای به مطالعه سرعت و مدارهای ستارگان حوالی مرکز کهکشان اطلاق میشود. پایش بلندمدت چنین حرکت‌هایی در گذشته روشی معتبر برای تعیین جرم سیاهچالههای خاموش، از جمله نمونه راه‌شیری، بوده است. هم‌افزایی این داده‌ها با مدلهای دقیق عدسی گرانشی، برآورد جرمی مطمئنی برای سیاهچاله SDSS J1148+1930 بدست داده است.
زمینه علمی: سقف‌های عملی، کهکشانهای فسیل و نمونه‌های تطبیقی
از منظر نظری، سیاهچالهها می‌توانند بدون محدودیت نظری رشد کنند، اما در عمل سرعت جذب ماده و سن جهان (تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال) سقف رشدی برای سیاهچالهها وضع میکند. تخمین‌های فعلی نشان میدهد جرم عملیاتی که یک سیاهچاله می‌تواند طی عمر کیهان بدست آورد، حدود ۵۰ میلیارد جرم خورشیدی است. بنابراین سیاهچاله گزارش‌شده با جرم ۳۶.۳ میلیارد، در نزدیکی این آستانه تجربی قرار دارد.
همه سیاهچالههای غول‌آسا چنین اطمینانی در اندازهگیری جرم ندارند. برای مثال، TON 618 که پیشتر مورد توجه بود، ابتدا با جرمی حدود ۶۶ میلیارد خورشید گزارش شد اما با بهبود تحلیل‌های حرکتی به ۴۰ میلیارد کاهش یافت. نسبت به چنین نمونه‌هایی، اندازهگیری SDSS J1148+1930 همزمان از هندسه عدسی و حرکات واقعی ستارگان بهره گرفته و اطمینان بیشتری به عدد نهایی می‌بخشد.
ویژگی جالب سامانه این است که کهکشان میزبان آن، یک «کهکشان فسیل» به شمار می‌آید: جرمی که احتمالاً مرحله نهایی یک خوشه عظیم کهکشانی است که طی زمان با بههم پیوستن چندین کهکشان (هر یک با سیاهچاله مرکزی خود)، به یک ابرکهکشان منفرد تبدیل شده است. در این فرآیند، سیاهچالههای مرکزی نیز در نهایت ادغام می‌شوند و به نحوی قابل قبول سیاهچالههای فراپُرجرم پدید می‌آورند.
پیامدها برای تحول کهکشان و سیاهچاله
این کشف نقطه داده‌ای ارزشمند در مشاهده مسیر رشد عظیمترین سیاهچالهها به دست میدهد. اگر چنانچه سیاهچالههای فراپُرجرم عمدتاً با ادغام خوشه‌ای کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های‌شان بهوجود آیند، بررسی سامانه‌هایی چون SDSS J1148+1930 می‌تواند چگونگی مراحل پایانی شکلگیری کهکشان و سیاهچاله را روشن کند. این یافته همچنین به مدلهای رشد سیاهچاله بر اثر بلع ماده و ادغام‌ها کمک میکند و صحت سقف‌های نظری جرم را که بر اساس زمان و منابع ماده در کیهان پیشنهاد شدهاند، می‌سنجد.
از نظر علمی، بهبود اندازهگیری جرم سیاهچالههای فراپُرجرم به فهم ما از رابطه‌های مقیاسی میان سیاهچاله و ویژگیهای کهکشان میزبان و همچنین بهبود مدلسازی فرآیندهای بازخوردی که بر شکلگیری ستاره‌های تازه اثر می‌گذارند، کمک خواهد کرد.
فناوری‌های مرتبط و دورنمای آینده
تکمیل و به‌روزرسانی چنین اندازه‌گیری‌هایی، به بهره‌گیری از تصاویر و طیف‌سنجی با وضوح فوق‌العاده بالا از رصدخانه‌های کنونی و آینده نیازمند است. ابزارهایی همچون تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، تلسکوپ فوق‌العاده بزرگ (ELT) و نسل تازه اپتیک‌های تطبیقی روی تلسکوپ‌های زمینی، قدرت تفکیک مکانی و حساسیت بیشتری فراهم خواهند کرد که ترسیم دقیقتر نقشه دینامیک ستارهای و مدلسازی عدسی را ممکن می‌سازد. مجموعه داده‌های آماری بهتر از کهکشانهای عدسی و فسیل، شفاف خواهد کرد که آیا SDSS J1148+1930 یک استثناست یا نماینده جمعیتی از سیاهچالههای فراپُرجرم است.
ادامه تطبیق میان برآورد جرم از راه عدسی گرانشی و روش‌های مستقل مانند دینامیک ستارهای یا روش بازتاب‌پژواک، ضروری است تا به کاهش خطاهای سیستماتیک در اعداد جرمی سیاهچالههای بزرگ منجر شود.
جمع‌بندی
سیاهچاله مرکزی کهکشان SDSS J1148+1930 با جرمی حدود ۳۶.۳ میلیارد برابر جرم خورشید، در رده عظیمترین سیاهچالههای ثبت‌شده تاریخ قرار دارد و احتمالاً به سقف جرمی که کیهان و فیزیک رشد بر آن اعمال میکند، نزدیک است. شناسایی آن از طریق ترکیب عدسی گرانشی و دینامیک ستارهای در سامانه نعل اسب کیهانی، نمونه‌ای کلیدی برای بررسی شکلگیری سیاهچالههای فراپُرجرم به ویژه در بستر کهکشانهای فسیل فراهم آورده است. رصدهای آینده با تفکیک بالا و مجموعه‌های گسترده‌تر، روشن خواهند کرد که آیا این جرم‌های افراطی، پدیده‌هایی نادر یا نتیجه قابل‌پیش‌بینی از فرگشت خوشه‌های کهکشانی هستند.
نقل قول‌ها:
- «این یکی از ۱۰ سیاهچاله پرجرم تاریخ است و شاید سنگین‌ترین آن‌ها باشد.» — توماس کالت، دانشگاه پورتسموث.
- «این کشف درباره یک سیاهچاله خاموش انجام شد؛ شناسایی آن فقط به نیروی گرانش عظیمش و تاثیری که بر محیط اطراف خود می‌گذارد، متکی بود.» — کارلوس ملو-کارنیرو، دانشگاه فدرال ریو گرانده دو سول.
منبع: sciencealert
.avif)
نظرات