بیگ بنگ: اخترشناسانی که از تلسکوپ فضایی هابل ناسا استفاده می‌کنند، بهترین شواهد را مبنی بر وجود دسته‌ی نادری از سیاهچاله‌هایی با «جرم متوسط» یافتند که در قلب نزدیکترین خوشۀ ستاره‌ای کروی به زمین در فاصله 6000 سال نوری از ما قرار دارند.

به گزارش بیگ بنگ، مانند چاله‌های گرانشی شدید در بافت فضا، تقریباً تمام سیاهچاله‌ها به نظر دو اندازه دارند: کوچک و بزرگ. برآورد می‌شود که کهکشان ما مملو از 100 میلیون سیاهچاله‌ی کوچک (چند برابر جرم خورشید ما) است که از ستاره‌های منفجر شده، ایجاد شده‌اند. کیهان در کل مملو از سیاهچاله‌های عظیم است که میلیون‌ها یا میلیاردها برابر جرم خورشید دارند و در مراکز کهکشان‌ها یافت می‌شوند.

حلقه‌ی گمشده‌ای که مدت‌ها دنبال آن می‌گردید، سیاهچاله‌ای با جرم متوسط است که سنگینی بین ۱۰۰ تا ۱۰۰ هزار جرم خورشیدی دارد. اما پرسش این است که این سیاهچاله‌ها چگونه شکل می‌گیرند، کجا می‌روند و چرا اینقدر نادر هستند؟

اخترشناسان سیاهچاله‌های با جرم متوسط دیگری را از طریق انواع تکنیک‌های رصدی شناسایی کرده‌اند. دو مورد از بهترین نامزدها عبارتند از: 3XMM J215022.4-055108 که تلسکوپ هابل به کشف آن در سال 2020 کمک کرد و HLX-1 که در سال 2009 شناسایی شد – در خوشه‌های ستاره‌ای متراکم در اطراف کهکشان‌های دیگر ساکن هستند. هر یک از این سیاهچاله‌های احتمالی، جرمی معادل ده‌ها هزار خورشید دارند و ممکن است زمانی در مرکز کهکشان‌های کوتوله بوده باشند. همچنین رصدخانه پرتو ایکس چاندرای ناسا به بسیاری از اکتشافات احتمالی سیاهچاله متوسط، از جمله نمونه بزرگی در سال 2018 کمک کرد.

با نگاهی بسیار نزدیک به زمین، تعدادی سیاهچاله‌ی مشکوک با جرم متوسط در خوشه‌های ستاره‌ای کروی متراکم شناسایی شده‌اند که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند. برای مثال، در سال 2008، اخترشناسان حضور مشکوک یک سیاهچاله با جرم متوسط را در خوشه کروی امگا قنطورس اعلام کردند. به دلایل متعددی، از جمله نیاز به داده‌های بیشتر، این یافته‌ها و سایر یافته‌های سیاهچاله‌های با جرم متوسط هنوز قطعی نیستند و نظریه‌های جایگزین را رد نمی‌کنند.

اکنون از قابلیت‌های منحصربه‌فرد هابل برای هدف‌گیری هستۀ خوشه ستاره‌ای کروی مسیه 4 (M4) برای شکار سیاهچاله‌ها با دقت بالاتری نسبت به جستجوهای قبلی استفاده شده است. نویسنده اصلی مقاله “ادواردو ویترال” از مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، مریلند، گفت: «شما نمی‌توانید این نوع علم را بدون هابل انجام دهید.»

تیم “ویترال” یک سیاهچاله با جرم متوسط را شناسایی کردند که تقریباً جرمی 800 برابر خورشید دارد. این جسم مشکوک قابل مشاهده نیست، اما جرم آن با مطالعه‌ی حرکت ستارگان گرفتار در میدان گرانشی آن، مانند زنبورهایی که در اطراف کندو ازدحام می‌کنند، محاسبه شده است. اندازه‌گیری حرکت آنها به زمان و دقت زیادی نیاز دارد. اینجاست که هابل کاری را انجام می‌دهد که هیچ تلسکوپ کنونی دیگری قادر به انجام آن نیست. اخترشناسان رصدهای 12 ساله‌ی هابل از این خوشه را بررسی کردند و ستاره‌ها را مشخص کردند.

دانشمندان معتقدند سیاهچاله مسیه 4 می‌تواند 800 برابر خورشید ما جرم داشته باشد. داده‌های هابل می‌تواند نظریه‌های جایگزین را برای این جرم رد کند، مانند یک خوشه مرکزی فشرده از بقایای ستاره‌ای حل‌نشده مانند ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌های کوچک‌تر که به دور یکدیگر می‌چرخند.

“ویترال” گفت: «ما اطمینان داریم که یک منطقه بسیار کوچک با جرم متمرکز زیادی داریم. این جرم تقریباً سه برابر کوچک‌تر از متراکم‌ترین جرم تاریک است که قبلاً در سایر خوشه‌های کروی پیدا کردیم. وقتی مجموعه‌ای از سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و کوتوله‌های سفید جدا شده در مرکز خوشه را در نظر می‌گیریم، منطقه فشرده‌تر از چیزی است که می‌توانیم با شبیه‌سازی‌های عددی بازتولید کنیم. آنها قادر به تشکیل چنین غلظت فشرده‌ای از جرم نیستند.»

وی افزود: «ما حرکات ستارگان و موقعیت آنها را اندازه‌گیری کرده و از مدل‌های فیزیکی استفاده می‌کنیم که سعی در بازتولید این حرکات دارند. در نهایت گسترش جرم تاریک در مرکز خوشه را اندازه‌گیری می‌کنیم. هرچه ستارگان به جرم مرکزی نزدیک‌تر باشند، بطور تصادفی‌تر حرکت می‌کنند. و هر چه جرم مرکزی بیشتر باشد، این سرعت‌های ستاره‌ای سریع‌تر است.»

از آنجایی که سیاهچاله‌های با جرم متوسط در خوشه‌های کروی بسیار گریزان هستند، “ویترال” هشدار داد: «در حالی که نمی‌توانیم کاملاً تأیید کنیم که یک نقطه گرانشی مرکزی است، اما می‌توانیم نشان دهیم که بسیار کوچک است. برای ما به قدری کوچک است که نمی‌توانیم آن را چیزی به غیر از یک سیاهچاله‌ی منفرد معرفی کنیم. از طرف دیگر، ممکن است مکانیزم ستاره‌ای وجود داشته باشد که ما هم‌اکنون از آن اطلاعی نداریم، حداقل در فیزیک فعلی.» جزئیات بیشتر این پژوهش در ماهنامه انجمن نجوم سلطنتی منتشر می‌شود.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: NASA