بیگ بنگ: محققان سریع‌ترین ستارهٔ شناخته شده در کهکشان راه شیری را کشف کردند. اخترشناسان در شرایط بسیار ناپایدار مرکز کهکشان ما، ستاره‌ای جدید بنام S4714 را کشف کردند که به دور سیاهچالهٔ بسیار پرجرم کمان آ (Sagittarius A) گردش می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، این ستاره در حین گردش خود، به سرعتی برابر با 8 درصد سرعت نور دست می‌یابد؛ یعنی با سرعت حیرت انگیز 24 هزار کیلومتر بر ثانیه. اما هنوز به نکتهٔ جالب ماجرا نرسیده‌ایم. این ستاره مربوط به گروهی از ستارگان است که در خلال جستجو در مدارهای نزدیک‌تر نسبت به ستارگان قبلی کشف شده است.

این کشف نشان می‌دهد که ستارگان بیشتری در مدار نزدیکی به سیاهچاله‌ بسیار پرجرم کهکشان ما وجود دارند، این نوع ستارگان که نزدیک به 20 سال پیش مطرح شده‌اند، توسط نیروی کشندی سیاهچاله مرکزی «فشرده» می‌شوند. به این ستاره‌ها، «فشردگان» نیز می‌گویند.

منطقهٔ مرکزی کهکشان راه شیری شاید با مراکز فعال‌تر کهکشان‌های دیگر مقایسه شود، اما محیط اطراف یک سیاهچالهٔ آرام می‌تواند بسیار ناآرام شود. اخترشناسانی که مشغول مطالعهٔ این ناحیه هستند موفق به کشف تعدادی از ستارگان با مدارهای طولانی، حلقه‌ای و بیضی شکل در اطراف سیاهچالۀ کمان آ شدند. یک بیضی را تصور کنید که سیاهچاله‌ای در انتهای آن وجود دارد. به اینها ستارگان S می‌گویند و ما می‌توانیم به کمک ِ آنها، ویژگی‌های سیاهچالۀ نامرئی و غول‌پیکر مرکز راه شیری را بررسی کنیم.

سال‌ها ستاره‌ای با نام S2 بعنوان نزدیک‌ترین ستاره به سیاهچاله راه شیری شناخته می‌شد. وقتی در نزدیک‌ترین فاصلهٔ خود یا حضیض قرار دارد، مدار 16 سالهٔ آن به فاصلهٔ 18 میلیارد کیلومتری سیاهچاله می‌رسد و نیروی گرانشی وارده از این نزدیک شدن، ستاره را به 3 درصد سرعت نور می‌رساند. رصد و تعیین ویژگی‌های مدار این ستاره، کار بسیار پر زحمتی برای دانشمندان بوده است.

اما سال گذشته، گروهی به سرپرستی “فلوریان پایسکار”، اخترشناس دانشگاه کلن آلمان، ستاره‌ای بسیار کمرنگ‌تر و همچنین بسیار نزدیک‌تر به این سیاهچاله پیدا کرد: ستارهٔ S62. این ستاره با مداری 9.9 ساله، در فاصلهٔ حضیض 2.4 میلیارد کیلومتری عملاً به چریدن بر روی سیاهچاله مشغول است. این فاصله کمتر از فاصلهٔ میان اورانوس و خورشید است. ستارهٔ نامبرده در گردش به دور سیاهچاله، به سرعت 20 هزار کیلومتر بر ثانیه یا 6.7 درصد سرعت نور می‌رسد.

اما کار پایسکار و گروه او هنوز به پایان نرسیده بود. پس از سال‌ها تلاش، حال آنها موفق به کشف 5 ستاره با فاصلهٔ کمتر از S2 نیز شده‌اند: S4711، S4712، S4713 ، S4714 و S4715. “پایسکار” گفت: «من خوشحالم که این فرصت را داشتم تا به مدت 7 سال (با تلسکوپ بسیار بزرگ) به مشاهده و کار بر روی مرکز کهکشان مشغول بودم. از آن زمان، من مشغول کار بر روی داده‌های SINFONI هستم. شما به مهارت‌های کاهش داده، چشمی تیزبین، زمان و کمی شانس نیاز دارید؛ همچنین البته داشتن دانشی مناسب از فیلترهای پایین و بالاگذر لازم است.»

از میان ستاره‌های جدید، S4711 و S4714 موارد بسیار استثنائی هستند. ستارهٔ S4711، ستاره‌ای آبی از نوع B و با حدود 150 میلیون سال سن، گردش مداری کوتاه‌تری نسبت به S62 دارد؛ این ستاره هر 7.6 سال به دور سیاهچاله می‌چرخد و فاصله حضیض 21.5 میلیارد کیلومتری دارد.

اگرچه نزدیک به حساب نمی‌آید، کوتاه‌تر بودن زمان گردش آن به این معناست که فاصلهٔ میانگین کمتری در سراسر مدار خود نسبت به سیاهچاله دارد. از سویی، S4714 گردش مداری طولانی‌تری نسبت به S4711 دارد (12 سال) اما مداری به شدت برون مرکز دارد؛ یعنی بیضی آن طولانی است؛ طولانی میزانی که یک مدار پایدار می‌تواند داشته باشد. مقدار برون مرکزی مداری از 0 تا 1 تعریف شده است که صفر نشان دهندهٔ یک دایرهٔ کامل و 1 نشان دهندهٔ مدار فرار. برون مرکزی مداری این ستاره 0.985 است.

در نقطۀ حضیض، نزدیکتر از S62 شده و در فاصلهٔ 1.9 میلیارد کیلومتری سیاهچاله حرکت می‌کند. در خلال این نزدیک شدن، ستاره به سرعت 24 هزار کیلومتر بر ثانیه رسیده و با دور شدن از سیاهچاله و رسیدن به فاصلهٔ 250 میلیارد کیلومتری، سرعت ِ آن کم می‌شود. “پایسکار” می‌گوید این ستاره‌های نامعمول اولین موارد مناسب «فشردگان» هستند که نخستین‌بار در سال 2003 مطرح شدند.

اخترشناسان “تال الکساندر” و “مارک موریس”، نوعی از ستارگان را مطرح کردند که مدار برون مرکزی بالایی به دور سیاهچاله‌ها دارند. در هر عبور، نیروهای کشندی بخشی از انرژی مدار نزدیک ستاره را به گرما تبدیل می‌کنند. در آغاز این مسئله باعث درخشش بیشتر ستاره‌ها نسبت به حالت عادی آن‌ها می‌شود و سپس، به فروپاشی مداری ستاره می‌انجامد. به بیانی دیگر، “فشردگان” ستارگان مردهٔ در حال گردش هستند.

“پایسکار” در این باره می‌گوید: «دست کم S4711 و S4714 را می‌توان موارد مناسب برای دستهٔ فشردگان دانست. می‌توانم بگویم من در مورد S4711 مطمئنم، زیرا عوامل مداری آن با پیش‌بینی‌های “تال اکساندر” در 2003 مطابقت دارند. یعنی این ستاره اولین مورد از فشردگانی کشف شده است.»

در صورت تایید، این ستاره‌ها می‌توانند به درک برهمکنش میان سیاهچاله‌ها و ستاره‌هایی که در نهایت درون سیاهچاله بلعیده می‌شوند، کمک کنند. از سویی نیز برای ما موقعیت‌های جدیدی نیز فراهم می‌کنند. برای مثال، ستارۀ S2 بتازگی برای آزمایش نسبیت عام مورد استفاده قرار گرفت. چگونگی کشش ِ نور ستاره، در زمان نزدیک شدن به سیاهچاله و همچنین چگونگی تغییر مدار آن به اثبات نظریهٔ اینشتین کمک کرد.

“پایسکار” توضیح داد: «در واقع ما یک قدم نزدیکتر و 4 برابر سریع‌تر از S2 در زمان حضیض آن هستیم. از این رو در واقع ما ارتباط برهم‌کنشی قوی‌تری با ستاره‌های S62، S4711 و S4714 را یافته‌ایم.» این آزمایشات قرار است انجام شوند و دیگر قرار نیست از SINFONI استفاده شود. بنابراین ممکن است جمع‌آوری مشاهدات لازم مقداری زمان ببرد، اما به طور قطع در برنامه‌های اخترفیزیک قرار دارد.

بنابراین هدف، جستجو به دنبال چنین ستاره‌هایی است. این امکان وجود دارد که سرعت‌های بالاتر و مدارهای عجیب‌تری در طراف این سیاهچاله وجود داشته باشند و با راه‌اندازی تلسکوپ‌های قدرتمندتر در سال‌های آتی، از جمله تلسکوپ بسیار بزرگ، بتوانیم آنها را پیدا کنیم. فقط بحث زمان مطرح است. “پایسکار” خاتمه داد: «من به طور مداوم بر روی مرکز کهکشان در حال کار کردن هستم و مطمئنم این آخرین خبر ما در این زمینه نبود. محیط پویا برای دانشمندان مانند مغازهٔ آب نبات فروشی برای کودکان است.» جزئیات بیشتر این پژوهش The Astrophysical Journal منتشر شده است.

ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com