5 دقیقه
یک تیم از اخترشناسان سیاهچالهای فوقپرجرم را شناسایی کردهاند که با سرعتی به اندازهای بالا حرکت میکند که میتواند کهکشان میزبان خود را پشت سر بگذارد. این جرم که تحت کاتالوگ RBH-1 ثبت شده است، با پیشبینیهای نظری طولانیمدت سازگاری دارد؛ پیشبینیهایی که میگفتند سنگینترین سیاهچالهها ممکن است پس از تعاملات کهکشانی پُرحادثه از میزبان خود رانده شوند. کشف RBH-1 نه تنها به عنوان یک نمونهٔ چشمگیر از «سیاهچاله فراری» مطرح است، بلکه پنجرهای به فرایندهای دینامیکی، انتشار موجهای گرانشی و تکامل هستهای کهکشانها میگشاید.
How a supermassive black hole can be flung free
برای چندین دهه، نظریهپردازان دو مسیر اصلی را برای فرار احتمالی یک سیاهچاله فوقپرجرم (SMBH) از کهکشان میزبان پیشنهاد کردهاند: تعاملات پیچیدهٔ سهجرمی گرانشی یا تکان (ریکویل) ناشی از ادغام دو سیاهچالهٔ فوقپرجرم که در هنگام همگرایی، امواج گرانشی را بهطور نامتقارن گسیل میکنند. مشاهدات جدید به نفع سناریوی دوم هستند. زمانی که دو کهکشان با هم ادغام میشوند، سیاهچالههای مرکزی آنها میتوانند در پی دینامیک پیچیده و گسیل انرژی، نهایتاً با یکدیگر ادغام شوند. اگر سیاهچالهٔ تازهتشکیلشده امواج گرانشی را قویتر در یک جهت نسبت به جهت دیگر منتشر کند، بر اساس اصل بقای تکانه، بقایا ضربهای قدرتمند دریافت میکنند که به آن «ریکویل موج گرانشی» گفته میشود.
Evidence pointing to a merged pair
با استفاده از اندازهگیریهای دقیقتر سرعت RBH-1 و تخمین بهتر جرم سامانهٔ ستارهای که این جسم از آن جدا شده است، پژوهشگران نتیجهگیری کردهاند که ویژگیهای مشاهدهشده با سناریوی ریکویل ناشی از ادغام دو سیاهچاله سازگارتر است تا با پرتاب سهبدنهای. سرعت اندازهگیریشده و جرم نسبتاً کم کهکشان مادر با مدلهایی همخوانی دارد که پیشبینی میکنند یک SMBH گریزنده پس از ترکیب میزبانها تا چه فاصله و با چه سرعتی میتواند حرکت کند. این تطابق بین مشاهدات و شبیهسازیهای نظری (از جمله نتایج حاصل از نسبیت عمومی و شبیهسازیهای عددی ادغام سیاهچالهها) از دلایل قوی برای تفسیر RBH-1 بهعنوان یک نمونهٔ ریکویلشده است.
مقالهٔ کشف این جرم با نام RBH-1 منتشر شده و آن را به عنوان اولین نمونهٔ تأییدشدهٔ «سیاهچالهٔ فوقپرجرم فراری» معرفی میکند. اگر این نتیجه در پی مطالعات تکمیلی پابرجا بماند، مشاهدهٔ مستقیم RBH-1 شاهد تجربی مستقیمی خواهد بود بر پیشبینیای که حدود پنجاه سال پیش مطرح شد: اینکه SMBHها میتوانند از میزبانهای خود از راه ریکویل موجهای گرانشی یا در نتیجهٔ برخوردهای شدید چندبدنهای گریخته و جدا شوند. این یافته با پرسشهای بنیادی دربارهٔ دینامیک هستهٔ کهکشانها، رشد سیاهچالههای مرکزی و توزیع جرم در محیطهای کهکشانی ارتباط برقرار میکند.
Why this matters
تأیید وجود یک SMBH ریکویلشده پیامدهای علمی متعددی دارد. از منظر نظریهٔ نسبیت عام، مشاهدهٔ چنین پدیدههایی حوزهٔ میدانهای قوی را آزمایش میکند و میتواند محدودیتهایی بر مدلهای انتشار موجهای گرانشی و نحوهٔ تبدیل تکانه در ادغامهای سیاهچالهای اعمال کند. از منظر اخترفیزیک کهکشانی، این پدیده چشمانداز ما از تکامل کهکشانها را تغییر میدهد: اگر سیاهچالههای مرکزی در اثر ادغامها یا ریکویلها از مرکز کهکشانها بیرون رانده شوند، رشد جرمی هستهٔ کهکشانها و فرایندهای بازخوردِ فعالسازی هسته (AGN feedback) نیز دچار تحول خواهند شد. علاوه بر این، کشف مستقیم سیاهچالههای فراری میتواند آمار ادغامها و فراوانی «ضربههای بزرگ» را برای رصدخانههای موج گرانشی آینده مانند LISA روشن سازد.
هرچند که تحلیل تیم پژوهشی به سناریوی ریکویل ناشی از ادغام دو سیاهچاله تمایل دارد، آنها تصریح میکنند که پیگیریهای بیشتر — از جمله تصویربرداریهای عمیقتر، نقشهبرداری طیفی (spectroscopy) با طیفسنجی با تفکیک بالاتر، و رصد در طولموجهای مختلف (رادیو، فروسرخ، پرتو X) — برای تعیین دقیقتر سرعت، مسیر حرکت و محیط اطراف RBH-1 لازم است. این پیگیریها میتوانند نهتنها پارامترهای مداری و تکانهٔ جسم را بارزتر کنند، بلکه به کنار گذاشتن سناریوهای جایگزین همچون تعاملات چندبدنهای یا آغاز فعالیتهای ستارهزاییِ غیرمعمول در میزبان کمک کنند. در نهایت، ترکیب دادههای رصدی با شبیهسازیهای عددی و مدلهای انتشار موج گرانشی به درک بهتر مکانیسمهای تولیدِ «پرتاب» یا ریکویل در سیستمهای کهکشانی خواهد انجامید.
منبع: sciencealert
ارسال نظر