بیگ بنگ: دونالد ليندن بل و مارتین ریس، دو ستاره شناس انگلیسی در سال 1971 میلادی این فرضیه را پیش کشیدند که یک سیاهچاله کلان جرم(SMBH) در مرکز کهکشان راه شیری واقع شده است. این فرضیه در نتیجه رصد کهکشان های رادیویی حاصل آمد که نشان می داد حجم عظیم انرژی ساطع شده از سوی این اجرام ناشی از پیوستن گاز و ماده به سیاهچاله ای در مرکزشان است.

به گزارش بیگ بنگ، نخستین شواهد مبنی بر وجود سیاهچاله های کلان جرم در سال 1974 بدست آمد، ستاره شناسان در آن زمان یک منبع رادیویی بزرگ در مرکز کهکشان ما مشاهده کردند. این ناحیه که بعدها کمان – ای* نامگذاری شد، بیش از 10 میلیون برابر بزرگتر از خورشید ماست. ستاره شناسان از زمان کشف این ناحیه به شواهدی دست یافته اند که از وجود سیاهچاله های کلان جرم در مرکز بسیاری از کهکشان های مارپیچی و بیضوی حکایت دارد.

سیاهچاله های عظیم تفاوت های زیادی با سیاهچاله های کم جرم دارند. از آنجا که سیاهچاله های عظیم، جرم بیشتری در مقایسه با سیاهچاله های کوچکتر دارند، از چگالی متوسط پایین تری هم برخوردارند چرا که حجم نسبت مستقیمی با مکعب شعاع دارد، اما چگالی کمینه یک سیاهچاله نسبت معکوس با مربع جرم دارد. علاوه براین، نيروهاي جزر و مدی در مجاورت افق رویداد به نسبت خیلی کمی بر سیاهچاله های کلان جرم تاثیر می گذارند. بدین ترتیب، تا زمانیکه جرم به اعماق سیاهچاله نفوذ نکرده باشد، نیروهای جزر و مدی ِ قابل توجهی را تجربه نخواهد کرد.

شکل گیری سیاهچاله کلان جرم

نحوه شکل گیری سیاهچاله های عظیم موضوع بسیاری از مباحث علمی میباشد. اخترفیزیکدانان بر این ایده پافشاری می کنند که این نوع سیاهچاله ها نتیجه به هم پیوستگی ماده و ادغام سیاهچاله است. منشأ سیاهچاله های عظیم اختلاف های عدیده ای را میان ستاره شناسان پدید آورده است. بر طبق فرضیه مشهود فعلی، سیاهچاله ها باقی مانده ی چندین ستاره بزرگ اند که منفجر شدند و در اثر انباشت ماده در مرکز کهکشان به وجود آمده اند. بر اساس یکی دیگر از نظریه ها، یک سحابی گازی بزرگ قبل از شکل گیری نخستین ستارگان به شبه ستاره ای تبدیل شد که در برابر اختلالات شعاعی فاقد مقاومت کافی بود.

سپس بدون نیاز به انفجار ابرنواختری، به سیاهچاله ای در حدود بیست برابر جرم خورشید تبدیل گشت. با گذشت زمان، طی فرآیندهایی به یک واسطه و در نهایت به سیاهچاله ای عظیم مبدل شدند. در مدلی دیگر، یک خوشه ستاره ای متراکم در نتیجه پراکنش سرعت در هسته اش با فروپاشی هسته مواجه شد که به دلیل ظرفیت گرمایی منفی در سرعت های نسبی به وقوع پیوست. آخرین نظریه مطرح شده می گوید که سیاهچاله های اولیه شاید بلافاصله بعد از بیگ بنگ مستقيماً در اثر فشار خارجی ایجاد شده‌اند. این نظریه هنوز در حد دیدگاههای نظری باقی مانده‌اند و بحث بر سر آنها همچنان ادامه دارد.

کمان – ای* (Sagittarius A*)

شواهد متعددی موجود است که همگی بر وجود سیاهچاله های عظیم در مرکز کهکشان راه شیری، مهر تایید می زنند. از آنجا که مشاهدات مستقیمی در خصوص ساگيتاريوس A به انجام نرسیده است، وجود آن از تاثیری استنباط می شود که بر اجرام پیرامون خود می گذارد. از بارزترین اجرام میتوان به S2 اشاره کرد، ستاره ای با مدار بیضوی که به دور منبع رادیویی کمان – ای* می چرخد.

ستاره S2 دوره چرخشی معادل 15.2 سال زمینی دارد و در فاصله ی 18 میلیارد کیلومتری ِ جرم مرکزی قرار دارد. فقط یک جرم عظیم می تواند چنین قابلیتی داشته باشد، زیرا هیچ دلیل دیگری برایش نمیتوان پیدا کرد. اخترشناسان با بررسی پارامترهای مداری توانسته‌اند اندازه و جرم آن ستاره بزرگ را تخمین بزنند. برای مثال، حرکات S2 ستاره شناسان را بر آن داشته تا طی انجام محاسباتی اعلام دارند که جرم واقع در مرکز مدار ستاره نباید کمتر از 4.1 میلیون برابر جرم خورشید داشته باشد. علاوه بر این، شعاع این جرم سماوی باید کمتر از 120 واحد نجومی(AU) باشد. در غیر این صورت، ستارۀ S2 با آن برخورد می کند.

با این حال، مستدل ترین شواهد توسط مؤسسه ماکس پلانک در واحد فیزیک فرازمینی و مرکز کهکشانی UCLA در سال 2008 ارائه شده است. دانشمندان با بهره‌گیری از داده های بدست آمده در دوره ای شانزده ساله با تلسکوپ بسیار بزرگ سازمان فضایی اروپا و تلسکوپ کک، نه تنها موفق به تخمین دقیق فاصله با مرکز کهکشان راه شیری شدند(27 هزار سال نوری فاصله از زمین)، بلکه با دقت بالایی هم به بررسی مدارهای ستارگان در آن ناحیه پرداختند. رينهارد گينزل، رهبر تیم تحقیقاتی از موسسه ماکس پلانک گفت: بی شک جالب ترین جنبه مطالعه طولانی مدت ما این است که بهترین شواهد و مدارک تجربی دال بر وجود سیاهچاله های کلان جرم گردآوری شده است. مدارهای ستاره ای در مرکز کهکشان نشان می دهد که تراکم جرم مرکزی از چهار میلیون جرم خورشیدی باید بی تردید یک سیاهچاله باشد.

نشانه دیگری از وجود کمان – ای* در تاریخ پنجم ژانویه 2015 بدست آمد، زمانی که سازمان فضایی ناسا از وجود شراره اشعه ایکس بسیار قوی در مرکز کهکشان راه شیری خبر داد. بر پایه داده های حاصل از رصدخانه اشعه ایکس چاندرا، پرتوهای ساطع شده 400 برابر روشن تر از پرتوهای معمولی اند. انتظار می رفت که این پرتوها نتیجه فرو رفتن یک شهاب سنگ به درون سیاهچاله باشد، یا در هم پیچیدگی خطوط میدان مغناطیسی درون گازی که در آن جریان دارد، عامل روشنایی چشمگیر پرتو ها باشد.

سایر کهکشان ها

ستاره شناسان شواهد دیگری از وجود سیاهچاله های کلان جرم در مرکز سایر کهکشان های درون گروه محلی و فراتر از آن یافته‌اند که شامل کهکشان مجاور آندرومدا M31، کهکشان بیضوی M32 و کهکشان مارپیچی NGC 4395 در دوردست میباشند. یافته های فوق بر این حقیقت استوار است که ستارگان و ابرهای گازی در مجاورت مرکز این کهکشان ها از افزایش مشهود سرعت خبر می دهند. هسته کهکشانی فعال(AGN) یکی از نشانه های دیگر می باشد که طی آن، رگبار های رادیویی، ريزموج، مادون قرمز، نوری، فرابنفش، اشعه ایکس و گاما از نواحی ماده سرد(گاز و گرد و غبار) در مرکز کهکشان های بزرگتر مورد شناسایی قرار می گیرند.

اما تشعشع از خود سیاهچاله ها نشأت نمی گیرد. اثری که چنین جرم بزرگی می تواند بر مادها پیرامون خود بگذارد، بعنوان دلیل اصلی مطرح شده است. خلاصه، گاز و گرد و غبار دیسک های توأم در مرکز کهکشان به وجود می آورند که به دور سیاهچاله های عظیم الجثه می چرخند. نیروی باورنکردنی گرانش در این ناحیه باعث فشردگی مواد دیسک می شود تا زمانیکه که به میلیون ها درجه کلوين رسیده و در اثر آن، تشعشعات روشن و انرژی الکترومغناطیسی پدید آیند. هاله ای از مواد داغ در بالای دیسک توأم تشکیل می یابد که می تواند فوتون ها را متفرق سازد.

برهمکنش میان میدان مغناطیسی در حال چرخش سیاهچاله های کلان جرم و قرص برافزایشی(Accretion disk) به ایجاد اشعه های مغناطیسی قدرتمند منجر می گردد که باعث داغ شدن مواد در قسمت های فوقانی و تحتانی سیاهچاله می شود. این اشعه ها تا صدها هزار سال نوری منتشر می شوند و بعنوان منبع احتمالی دوم از تشعشعات مشاهده شده در نظر گرفته می شوند. هنگامی که کهکشان آندرومدا با کهکشان ما در طی چند میلیارد سال ادغام شوند، سیاهچاله ای عظیم که در مرکز آن قرار دارد با سیاهچاله ما در هم آمیخته و نهایتاً سیاهچاله ای بسیار بزرگتر و قوی تر به وجود می آید. این برهمکنش احتمالاً باعث بیرون رانده شدن بسیاری از ستارگان از کهکشان ترکیبی شده و زمینه را برای فعال شدن دوباره هسته کهکشانی ما مهیا کرده است.

مطالعه سیاهچاله ها هنوز در اول راه بوده و مستلزم گردآوری داده های بسیاری می باشد. آنچه که ما در طول چند دهه گذشته آموخته ایم، هیجان انگیز و شگفت آور بوده است. سیاهچاله ها چه بسیار بزرگ باشند چه کم جرم، بخشی اساسی از کیهان بوده و نقش موثری در تکاملش ایفا می کنند. چه کسی از آنچه که احتمال دارد ما در اثر کاوش اعماق کیهان پیدا کنیم، خبر دارد؟ شاید روزی به کمک فناوری و کنار گذاشتن ترس، انسان اقداماتی در راستای پرده برداری از پوششی که افق رویداد سیاهچاله بر سر نهاده، ترتیب دهد. تصورش را بکنید!

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: universetoday.com