افشای راز سیاهچاله ها

اسپوتنیک به نقل از نشریه «آرس تِکنیکا» آمریکا: دو اثر تحقیقاتی جدید به ما امکان داده است، به فضایی که در آن افق رویداد قرار دارد برسیم و تصاویری از وقایع رخ داده در نزدیکی سیاه چاله را تهیه کنیم. هر دو مؤلف انتشارهای دوره ای را که ماده سیاه در حال جذب یک ماده جدید را باقی می گذارند، تحلیل کردند.

آرس تِکنیکا می‌نویسد: خود سیاهچاله ها تمام نور در خارج از افق رویداد را جذب می کنند، و فضای خارج از چنین افق رویداد معمولا چنین نور را در مقادیر زیادی منتشر می کند. این به خاطر این واقعیت است که ماده‌ای که به یک سیاهچاله افت می‌کند دارای بار انرژی عظیمی است. ماده لحظه چرخشی را از دست می دهد و در مدار پیرامون سیاهچاله به ماده دیگری می افتد. بنابراین، اگر چه ما نمی توانیم یک تصویر سیاهچاله را مستقیما بگیریم، ما فرصت داریم تا با استفاده از نور حاصله از محیطی که ایجاد می کند، برخی نکات را درباره خواص آن بیاموزیم.

دو مقاله پژوهشی که در این هفته منتشر شد، به ما اجازه می دهد تا در فضای نزدیک به افق رویداد قرار بگیریم و تصاویری از وقایع در ناحیه ای که مدارهای پایدار به سیاهچاله نزدیک هستند را ایجاد کنیم. نویسنده یکی از این آثار به نتیجه گیری زیر رسید: یک سیاهچاله غول پیکر طوری چرخش می کند که یک نقطه بروی سطح آن با سرعت برابر با حدود نیمی از سرعت نور حرکت می نماید.

بازتاب تابش
نویسندگان هر دو مطالعه، انتشارات دوره ای را بررسی می‌کنند که هنگامی صورت می‌گیرد که ماده سیاه شروع به جذب یک ماده جدید می‌کند. این ماده از طریق یک ساختار مسطح واقع در مرکز سیاهچاله به درون آن روانه می‌شود. این ساختار قرص برافزایشی نام دارد. با ظهور ماده ، قرص برافزایشی گرم می شود، و سیاهچاله روشن تر می شود. به همین دلیل تغییرات در فضای اطراف رخ می دهد. نویسندگان هر دو مطالعه به دنبال پاسخ به این سوال هستند که این تغییرات می توانند به ما در مورد سیاهچاله و فضای پیرامون چه بگویند؟

در یکی از این آثار، توجه دانشمندان به یک سیاهچاله عظیمی که 10 برابر بیشتر از جرم خورشید است جلب شد. در پاسخ به ورود ماده در داخل یکی از این ستاره‌های سیاه، یک رویداد گذرا به نام MAXI J1820 + 070 ایجاد شد. این نام از دستگاه MAXI واقع در ISS گرفته شد که برای مشاهدات نجومی در فرکانس اشعه ایکس اختصاص دارد. پس از کشف این رویداد، مشاهدات جدید با کمک تجهیزات ISS به نام NICER، که ترکیب درونی ستاره های نوترونی را بررسی می کند، انجام شد. دستگاه NICER برای تجزیه و تحلیل "پژواک نور" مورد استفاده قرار گرفت. واقعیت این است که علاوه بر قرص برافزایشی، سیاهچاله ها دارای تاجی می باشند که یک حباب از ماده‌ای پر انرژی است که در بالا و پایین قرص قرار دارد. این تاج خودش اشعه ایکس تابش می‌کند که می تواند با استفاده از ابزار تشخیص داده شود. اشعه ایکس نیز به قرص برافزایشی می افتد، و برخی از آنها در جهت ما منعکس می شوند. چنین انعکاسی نور می تواند به ما برخی از جزئیات در مورد قرص برافزایشی را بگوید.

کشف راز
در این مورد، پژواک نور به حل معما کمک کرد. تصاویری که از سیاهچاله های بسیار وزین واقع در مرکز کهکشان ها بدست می آید نشان می دهد که قرص برافزایشی در امتداد یک مدار ثابت نزدیک به سیاه چاله قرار گرفته است. با این حال، اندازه گیری سیاهچاله ها با جرم ستاره ای نشان می دهد که لبه های قرص برافزایشی بسیار دورتر است. از آنجائیکه خواص فیزیکی بعید است با تغییر اندازه تغییر کند، این اندازه گیری، دانشمندان را تا حدودی سر در گم‌کرده است.
تجزیه و تحلیل جدید نشان می دهد که پرتو ایکس MAXI J1820 + 070 دارای خواص متغیر و دائمی است. خواص دائمی نشان می دهد که قرص افزایشی ایجاد کننده پژواک اصلاً محل خود را تغییر نمی‌دهد و خواص متغیر نشان می دهد که وقتی یک سیاهچاله ماده را می‌خورد، تاج آن فشرده تر می شود و بنابراین منبع اشعه ایکس محل خود را تغییر می دهد. جزئیات سیگنال دائمی نشان می دهد که قرص به مراتب نزدیکتر به سیاهچاله است.

هلاکت ستاره

جسم کیهانی ASASSN-14li، که در طی مطالعه خودکار ابرنواخترها کشف شده، در حوزه فوق‌العاده فشرده قرار دارد. این جسم دارای خاصیتی است که معمولا مختص رویدادی به نام "تخریب جزر و مد" است. در چنین رویدادی، یک سیاهچاله، با نیروی جاذبه آن، یک ستاره را که بیش از حد نزدیک به آن است، پاره می کند. با این حال، مشاهدات بعدی نشان داد که این سیگنال مربوطه دارای یک ساختار نسبتا عجیب است و هر 130 ثانیه قدرت آن برای مدت کوتاهی افزایش می یابد. این سیگنال تفاوت زیادی با زمینه کل صوتی مختص نابودی ستاره را نداشت، اما توسط سه دستگاه مختلف کشف و ثبت شد، و این نشان می دهد که چیزی به صورت منظم و دوره ای اتفاق می افتد. ساده ترین توضیح این است که بخشی از ستاره به مدار سیاهچاله افتاده است. فرکانس این مدارها به جرم و سرعت چرخش سیاهچاله و همچنین به فاصله بین سیاهچاله و جسمی در اطراف آن بستگی دارد. اندازه گیری گردش سیاهچاله دشوار است و بنابراین دانشمندان بارها مدلسازی و شبیه سازی را انجام داده و سیستم جابجایی سیاه چاله را آزمایش می کنند.

جرم سیاهچاله براساس اندازه کهکشان که در آن قرار دارد تعیین می شود. یک رابطه ساده بین سرعت چرخش و فاصله مدار وجود دارد: هر چه جرم نزدیکتر به سیاه چاله است، به همان اندازه گردش سیاه چاله کندتر می شود. محاسبات نشان داد که سیاهچاله حداقل با چنان سرعتی چرخش می کند که در آن یک نقطه روی سطح سیاهچاله با سرعت دو برابر کمتر از سرعت نور حرکت می کند.

ما هنوز نمی توانیم تصاویر سیاهچاله ها را به طور مستقیم دریافت کنیم، اما مطالعات انجام شده نشان می دهد که رویدادهای متعدد در آنها رخ می دهد که می توانند اطلاعات زیادی در مورد رفتار آنها به زمینیان ارائه دهند. این امر به ما اجازه می دهد که داده های خاصی درباره خواص سیاهچاله ها و همچنین در باره ماده‌ای که در انتظار زمان خود برای افتادن به دام آنها است یافت شود. ما همچنین شروع به دریافت اطلاعات از مشاهدات امواج گرانشی می کنیم، که به ما یک ایده از جرم و چرخش سیاهچاله های در حال برخورد می دهد. این معلومات هاله راز ناشناسی را از سیاهچاله ها بر می دارد و آن‌ها برای ما دیگر قلمرو ناشناخته ای نیستند.