بیگ بنگ: سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکز خوشه‌های کهکشانی معمولاً مانع از تشکیل ستاره می‌شوند، اما سیاه‌چالۀ موجود در خوشه ققنوس این‌گونه نیست. خوشۀ کهکشانیِ ققنوس گروهی متشکل از 1000 کهکشان است که در فاصلۀ تقریبیِ 5.8 میلیارد سال نوری از زمین و در صورت‌فلکی ققنوس، قرار دارد. به نظر می‌رسد فوران‌ها از سیاه‌چالۀ مرکزی به شکل‌گیری ستارگان کمک می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، نویسندة ارشد این تحقیق ستاره‌شناس ام آی تی، دکتر «مایکل دونالد» گفت: «این پدیده‌ای است که مدت‌ها است در تلاش بودیم آن را پیدا کنیم. خوشۀ کهکشانی ققنوس نشان می‌دهد که در بعضی موارد، خروج پرانرژی از سیاه‌چاله می‌تواند باعث افزایش خنک‌سازی شود و درنتیجه پیامدهای چشمگیری به دنبال داشته باشد.»

در مرکز خوشه ققنوس، کهکشان عظیمی قرار دارد که به نظر می‌رسد با سرعت بسیار زیادی ستاره‌هایی را به بیرون می‌اندازد. این کهکشان با گاز داغی که دمای چندمیلیونی دارند احاطه شده است. جرم این گاز، که معادل تریلیون‌ها برابر جرم خورشید است، چندین برابر بیشتر از مجموع جرم همۀ کهکشان‌های آن خوشه می‌باشد.

این گاز داغ در اثر تابش پرتو ایکس انرژی خود را از دست می‌دهد و این باعث می‌شود تا زمانی که بتواند تعداد زیادی ستاره ایجاد کند، خنک باشد. با این حال در تمام خوشه‌های کهکشانیِ مشاهده‌ شده، انفجارهای انرژی ناشی از چنین سیاه‌چاله‌ای مانع از سرد شدن اکثر آن گازِ داغ و در نتیجه مانع از تولد گستردۀ ستاره‌ها می‌شود.

برایان مک نامارا، یکی از نویسندگان این تحقیق و ستاره‌شناس دانشگاه واترلو، می‌گوید: «تصور کنید در روز گرمی در خانۀ شما کولر کار می‌کند، و آتشی را هم روشن می‌کنید. تا زمانی که آتش را خاموش نکنید اتاق نشیمن شما به خوبی خنک نمی‌شود. به همین طریق، وقتی قابلیت گرم کردنِ سیاه‌چاله در خوشۀ کهکشانی خاموش شود، آن وقت گاز می‌تواند خنک شود.»

شواهد تشکیل ِ سریع ستاره در خوشۀ ققنوس قبلاً در سال 2012 گزارش شده بود. اما برای یادگیری جزئیات در مورد نقش سیاه‌چالۀ مرکزی در تولد دوبارۀ ستاره‌ها در کهکشان مرکزی و اینکه چگونه این امر ممکن است در آینده تغییر کند به مشاهدات کامل‌تر و عمیق‌تری نیاز است. دکتر مک دونالد و دکتر مک نامارا و همکارانشان توانستند با استفاده از مشاهدات رصدخانه پرتو ایکس چاندرای ناسا، تلسکوپ فضایی هابل و آرایۀ تلسکوپی بسیار بزرگ(VLA)، به بهبودی 10 برابری در کیفیت داده، در مقایسه با مشاهداتِ قبلی،‌ برسند.

داده‌های چاندرا نشان می‌دهد که گاز داغ تقریباً با سرعتی که در صورت عدم وجود انرژی فروفرستاده‌شده توسط سیاه‌چاله مورد انتظار است، سرد می‌شود. داده‌های هابل نشان می‌دهد که گاز خنکی با جرمی معادل تقریباً 10 میلیارد جرم خورشیدی در امتداد رشته‌هایی که به سیاه‌چاله منتهی می‌شوند قرار دارد و ستاره‌های جوان با سرعتی پانصد برابر جرم خورشیدی در سال از این گازِ خنک تشکیل می‌شوند. در مقایسه، ستاره‌هایی که در کهکشان راه‌شیری تشکیل می‌شوند سرعتی در حدود یک جرم خورشیدی در سال دارند.

داده‌های رادیوییِ VLA فوران‌های رو به بیرون ِ را در نزدیکی سیاه‌چالۀ مرکزی نشان می‌دهد. این فوران‌ها احتمالاً حباب‌های موجود در گاز داغ را متورم می‌کنند. هم فوران‌ها و هم حباب‌ها گواه رشد سریع سیاه‌چاله در گذشته هستند. در اوایل این رشد، سیاه‌چاله در مقایسه به جرم کهکشان میزبان خود، کوچک‌تر از حد معمول بوده که باعث می‌شده خنک‌سازیِ سریع، کنترل‌نشده باشد.

دکتر متیو بیلیس، از دانشگاه سینسینتی، می‌گوید: «در گذشته، انفجارها از سیاه‌چالۀ کوچک به بیرون آن‌قدر ضعیف بوده که نمی‌توانسته اطراف را گرم کند، و همین باعث شده گاز داغ شروع به خنک شدن کند. اما با گسترده‌تر شدن و قدرتمندتر شدن ِ سیاه‌چاله، تأثیر آن هم افزایش یافته است.»

وقتی در اثر انفجارهای سیاه‌چاله به بیرون، گاز از مرکز خوشه دور شود خنک‌سازی می‌تواند ادامه یابد. در فاصلۀ بیشتری از نفوذ گرمای سیاه‌چاله، گاز سریع‌تر از آنکه بتواند به سمت مرکز خوشه برود سرد می‌شود. این سناریو، بر اساس مقایسۀ داده‌های چاندرا و هابل، این مشاهده را توضیح می‌دهد که گاز سرد در اطراف ِ مرزهای حفره‌ها واقع شده است.

در نهایت این طغیان (انفجار به بیرون) یاعث می‌شود آشفتگی، امواج صوتی و امواج ضربه‌ای لازم برای تأمین منابع گرما و جلوگیری از خنک شدن ِ بیشتر، فراهم شود. این امر ادامه خواهد داشت تا زمانی که طغیان متوقف شود و تولید گاز سرد می‌تواند مجدداً شروع شود. سپس کل این چرخه تکرار می‌شود.

دکتر مارک ویوت نویسندۀ دیگر این تحقیق، از دانشگاه ایالتی میشیگان، گفت: «این نتایج نشان می‌دهد که سیاه‌چالۀ مورد نظر موقتاً به شکل‌گیری ستاره‌ها کمک می‌کند، اما وقتی تأثیراتِ خود را تقویت کند، شروع به تقلید از سیاه‌چاله‌های خوشه‌های دیگر خواهد کرد و مانع از تولد ستاره خواهد شد.» عدم وجود چنین اجرامی نشان می‌دهد که خوشه‌ها و سیاه‌چاله‌های عظیم آنها از مرحلۀ تشکیل سریع ستاره، عبور می‌کنند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Astrophysical منتشر شده است.

ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sci-news.com