7 دقیقه
کشف حیرت‌انگیز یک ORC دوحلقهای در گذر زمان کیهانی
ستاره‌شناسان همراه با گروهی از دانشمندان شهروند، یک «دایرهٔ رادیویی عجیب» (ORC) فوق‌العاده را شناسایی کرده‌اند — سامانه‌ای با دو حلقهٔ متحدالمرکز که آن‌قدر قدرتمند و دور است که می‌تواند بخش‌هایی از فهم ما دربارهٔ تأثیر سیاه‌چاله‌ها بر محیط کهکشانی را بازنویسی کند. این جرم که در فهرست با نام J131346.9+500320 ثبت شده، در فاصله‌ای قرار دارد که تابش رادیویی آن حدود 7.7 میلیارد سال نوری طی کرده تا به زمین برسد. برخلاف بیشتر ORCها که معمولاً تنها یک ساختار دایره‌ای رادیویی نشان می‌دهند، این منبع دو حلقهٔ تلاقی‌کننده از تابش رادیویی روشن را نشان میدهد که هر کدام تقریباً 978,000 سال نوری پهنا دارند و توسط هاله‌ای ضعیف در حدود 2.6 میلیون سال نوری احاطه شده‌اند.
ORCها نواحی نادر، بزرگ و دایرهشکل از نور رادیویی هستند که در بررسی‌های عمیق رادیویی کشف می‌شوند. آنها عمدتاً در طولموجهای رادیویی تابش دارند و در طولموجهای نوری معمولاً قرینهٔ روشنی ندارند، که همین موضوع آنها را برای رادیوستاره‌شناسان معماگونه کرده است. کشف یک ORC دوحلقهای اهمیت ویژه‌ای دارد زیرا محدودیت‌های مشاهده‌ای جدیدی را بر سازوکارهای فیزیکی تولیدکنندهٔ این ساختارها و نقش سیاهچالههای فوقسنگین در رانش پدیده‌های انرژی‌دار در مقیاس‌کلان اعمال میکند.
چه چیزی احتمالاً حلقه‌های دوگانه را ساخته است؟
شواهد کنونی نشان میدهد که فرآیندهای قدرتمندِ هدایت‌شده توسط سیاه‌چاله‌ها محتمل‌ترین تبیین‌ها هستند. سیاهچالههای فوقسنگین میتوانند جت‌های عظیم پلاسما با سرعت‌های نسبیتی تولید کنند و بادهای انرژیداری را به گاز اطراف بدمند. در طول زمان، این جریان‌ها حباب‌ها یا لوب‌های رادیویی را پدید میآورند — نواحی گسترده‌ای که با الکترون‌های منتشرکنندهٔ سینکروترون پر شده‌اند که در میدان‌های مغناطیسی مارپیچ می‌زنند و تابش رادیویی می‌دهند. تیم پژوهشی به رهبری آناندا هوتا از دانشگاه بمبئی و همکارانی از پروژهٔ علم شهروندی RAD@home پیشنهاد می‌کنند که حلقه‌های دوگانهٔ J131346.9+500320 زمانی شکل گرفته‌اند که یک جریان قطبی قدرتمند یا موج شوک با باقی‌ماندهٔ لوب‌های رادیویی باقیمانده تلاقی کرده است.
اگر کهکشان میزبان یک آشفتگی بزرگ را تجربه کرده باشد — مثلاً ادغامی با کهکشانی دیگر یا دوره‌ای از بازفعال‌سازی سیاهچالهٔ مرکزی — یک شوک در مقیاس بزرگ یا «ابر باد» (superwind) می‌تواند پلاسمای پیر و رو به زوال سینکروترون را فشرده و دوباره شتاب دهد. آن بازشتابدهی می‌تواند تابش بازمانده را موقتاً روشن‌تر کند و هندسه‌هایی شبیه حلقه یا پوسته تولید کند. در مورد J131346.9+500320، هندسهٔ کلی و خصوصیات طیفی نشان‌گر تابش‌های قدیمی سینکروترون است که درخشش‌شان توسط رخدادی پرانرژی و بعدی باززنده شده؛ به‌عبارت دیگر، یک ساختار رادیویی فسیلی که با بادها یا شوکهای تازه‌ای تجدید شده است.
زمینهٔ علمی و پیش‌زمینه
تابش سینکروترون مکانیزم اصلی پشت اکثر تابش‌های رادیویی در این منابع است. الکترون‌های نسبیتی که توسط شوک‌ها یا بازترکیب‌های مغناطیسی شتاب می‌گیرند، در میدان‌های مغناطیسی مارپیچ می‌زنند و طیف وسیعی از امواج رادیویی را ساطع می‌کنند. ORCها به‌خاطر گرد بودن غیرمعمول و گستردگی‌شان مشخص می‌شوند؛ اندازهٔ آنها غالباً به‌مراتب بزرگ‌تر از کهکشان میزبان است. بسیاری از ORCها در نزدیکی کهکشان‌هایی یافت شده‌اند که میزبان سیاهچالههای فوقسنگین هستند؛ این همبستگی، پیوند میان بازخورد سیاهچاله و ساختارهای رادیویی مانند جتها، لوب‌ها، حلقه‌ها و حباب‌ها را تقویت میکند.
تا امروز تنها چند ده ORC تایید شده وجود دارد و تنها زیرمجموعهٔ کمی از آنها ساختارهای چندحلقه‌ای نشان می‌دهند. یافتن یک ORC دوحلقهای قدرتمند مانند J131346.9+500320 این ایده را تقویت میکند که ORCها بخشی از یک خانوادهٔ وسیع‌تر از پدیده‌های پلاسما محورِ هدایت‌شده توسط سیاه‌چاله‌ها هستند، نه شگفتی‌های جداافتاده. این کشف همچنین نشان میدهد که بازبینی بصریِ انسان‌ها — در این مورد همکاری علم شهروندی RAD@home همراه با ستاره‌شناسان حرفه‌ای — هنوز برای شناسایی الگوها در مجموعه‌داده‌های عظیم رادیویی ارزشمند و گاهی ضروری است.
کشف‌های مرتبط و پیامدها
پژوهشگران دو سامانهٔ اضافی را نیز گزارش کرده‌اند که ارتباط با سیاهچاله را تقویت می‌کنند: RAD J122622.6+640622، که یک کهکشان رادیویی با جتی خمیده است که در انتهایش به یک دایرهٔ رادیویی بزرگ می‌رسد، و RAD J142004.0+621715 که به‌طور مشابه یک دایرهٔ رادیویی در انتهای یک جت نشان میدهد. این نمونه‌ها در کنار هم روش‌های مختلفی را آشکار می‌کنند که جت‌های سیاهچاله، بادها و شوکهای محیطی میتوانند مورفولوژی‌های حلقه‌مانند رادیویی خلق کنند.
درک ORCها پیامدهای گسترده‌ای برای تکامل کهکشانها دارد. بازخورد سیاهچاله—انرژی‌ای که توسط جتها و بادها به گاز کهکشان تزریق می‌شود—نقش مهمی در تنظیم تشکیل ستاره، خنک‌شدن گاز و رشد سیاهچالهٔ مرکزی ایفا میکند. بنابراین ORCها ممکن است سوابق فسیلی از دورههای بازخورد قدرتمندی باشند که میلیاردها سال پیش کهکشانهای میزبان‌شان را شکل داده‌اند. شناسایی شرایط فیزیکی که ORCها را می‌سازند به ما کمک میکند مسیرهای انتقال انرژی در مقیاس میانکهکشانی را نقشه‌برداری و تعامل هم‌زمانِ رشد کهکشان و سیاهچالهٔ مرکزی را بازسازی کنیم.
روش‌های رصدی و چشم‌انداز آینده
کشف ORCها متکی بر تصویربرداری رادیویی عمیق و بازبینی دقیق مجموعه‌داده‌های پیمایشی است. ترکیب پیگیریهای چندطولیموجی (تحلیل طیفی رادیویی برای تعیین سن پلاسمای سینکروترون، طیفنگاری نوری برای تعیین شیفتبهسرخ و تصویربرداری پرتو ایکس برای آشکارسازی گاز داغ محیط) حیاتی خواهد بود تا سن، انرژی و محرک‌های دقیق هر سامانه مشخص شوند. تحلیل طیف‌های رادیویی در بازه‌های فرکانسی مختلف می‌تواند زمان‌بندی پیریِ تابش سینکروترون را نشان دهد و تمایز بین بازشتابدهی اخیر و تابش پیوستهٔ قدیمی را ممکن سازد.
تاسیسات رادیویی آینده و ادامهٔ تحلیل داده‌های آرشیوی، به‌ویژه هنگامی که با علم شهروندی و یادگیری ماشینی ترکیب شوند، باید نمونهٔ ORCها را افزایش دهند و تنوع آنها را روشن‌تر کنند. شبکه‌های نسل بعدی مانند SKA (مصفوفهٔ میدان-باز رادیویی) و آرایه‌های گستردهٔ دیگر میتوانند حساسیت و تفکیک فضایی لازم برای آشکارسازی نمونه‌های ضعیف‌تر و دورتر را فراهم آورند و به ما امکان دهند فراوانی، توزیع و نقش محیط در پیدایش ORCها را دقیق‌تر بسنجیم.
دیدگاه کارشناسی
«کشف‌هایی مانند J131346.9+500320 به ما فسیل‌های تابان می‌دهند تا فعالیت سیاهچاله را در طول زمان کیهانی بررسی کنیم»، می‌گوید دکتر لِیلا مورگان، رادیوستاره‌شناس رصدی (نمونهٔ خیالی). «با اندازهگیری اندازهٔ حلقه‌ها، پیرشدگی طیفی پلاسمای رادیویی و شرایط گاز اطراف، می‌توانیم زمان‌بندی و توان رویدادهای بازخورد گذشته را بازسازی کنیم. این امر کمک میکند تا رشد سیاهچاله را به تاریخچهٔ تکاملی کهکشانها پیوند دهیم.»
نتیجه‌گیری
J131346.9+500320 بهعنوان قدرتمندترین و دوردست‌ترین ORC دوحلقهای که تاکنون شناسایی شده، برجسته است و شواهد عینی ارائه میدهد که فعالیت سیاهچالههای فوقسنگین — از طریق جتها، شوک‌ها یا ابربادها — می‌تواند ساختارهای دایره‌ای بزرگ رادیویی را ایجاد و سپس مجدداً روشن کند. با عمیق‌تر شدن پیمایش‌های رادیویی و رشد فهرست ORCها، این حلقه‌های رادیویی نامتعارف به عنوان نشانگرهای مهمِ رخدادهای انرژی‌دار گذشته عمل خواهند کرد که میلیاردها سال، کهکشانها و محیط آنها را شکل داده‌اند. در عمل، گسترش نمونهٔ ORCها نه تنها به حل معمای منشأ آنها کمک میکند، بلکه پنجره‌ای به مطالعهٔ بازخورد سیاه‌چاله‌ها و تأثیرات بلندبرد آنها بر ساختار و تکامل جهان فراهم می‌آورد؛ موضوعی که برای درک چگونگی تعامل انرژی و ماده در کیهان حیاتی است.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر