پیام مازند - ستاره‌شناسان با استفاده از یک روش نادر و به طور کاملا تصادفی موفق به اندازه‌گیری بی‌سابقه تاج یک سیاه‌چاله کلان‌جرم شدند.
به گزارش ایسنا به نقل از لایوساینس، ستاره‌شناسان برای اولین بار به لطف یک هم‌ترازی کیهانی نادر، تاج خورشیدی به اندازه منظومه شمسی را در اطراف یک سیاه‌چاله کلان‌جرم دوردست مستقیماً اندازه‌گیری کردند. سیاهچالهها ممکن است نامرئی باشند، اما اطراف آنها این طور نیست و ستاره‌شناسان برای اولین بار به طور مستقیم یک تاج بسیار داغ که یکی از این غول‌های کیهانی را احاطه کرده است، اندازه‌گیری کردند.
سیاه‌چاله کلان‌جرم «RX J1131» در فاصله حدود 6 میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد و با سرعتی بیش از نصف سرعت نور می‌چرخد. با وجود این که این هیولا از دید پنهان است، اما گاز و غبار اطراف خود را می‌بلعد و آن را تا میلیون‌ها درجه گرم می‌کند و به صورت یک «اختروش»(quasar) می‌درخشد.
اختروش، جرمی بسیار پرانرژی و درخشان در کیهان است که در مرکز برخی کهکشان‌ها قرار دارد. این پدیده زمانی به‌وجود می‌آید که یک سیاه‌چاله کلان‌جرم در مرکز کهکشان، مقدار زیادی گاز و غبار را به درون خود می‌کشد. اختروش، یکی از درخشان‌ترین اجرام در جهان است و تاج آن که هاله‌ای از گاز بسیار داغ است، حدود 50 واحد نجومی وسعت دارد که تقریباً به اندازه منظومه شمسی ماست.
این اندازه‌گیری به لطف یک هم‌ترازی کیهانی نادر امکان‌پذیر شد که در آن یک کهکشان پیش‌زمینه با فاصله تقریباً چهار میلیارد سال نوری از زمین و ستاره‌های آن مانند دو ذره‌بین روی هم چیده‌شده عمل کردند و یک بزرگنمایی دوگانه ایجاد کردند که دید اطراف نزدیک سیاه‌چاله را واضح‌تر کرد. «ماتوس ریباک»(Matus Rybak)، دانشمند ارشد «دانشگاه لیدن»(Leiden) در هلند و سرپرست این مطالعه گفت: این اولین بار است که چنین اندازه‌گیری انجام شده است. ما در اصل، راه جدیدی را برای مشاهده آنچه بسیار نزدیک به سیاه‌چاله اتفاق می‌افتد، پیدا کردیم.
این مطالعه روش جدیدی را برای بررسی محیط‌های اطراف سیاه‌چاله در مقیاس‌هایی ارائه می‌دهد که حتی بهترین تلسکوپ‌ها نیز قادر به تفکیک آنها نیستند.
بررسی مطالعه پیشین
کهکشان پیش‌زمینه آن قدر عظیم است که گرانش بی‌اندازه آن، نور سیاه‌چاله کلان‌جرم «RX J1131» را خم و بزرگ می‌کند و چهار تصویر متمایز از این اختروش را از طریق پدیده‌ای موسوم به «همگرایی گرانشی قوی»(strong gravitational lensing) ایجاد می‌کند. هنگامی که این گروه پژوهشی داده‌های دهه گذشته را که توسط «تلسکوپ رادیویی آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما»(ALMA) در شیلی جمع‌آوری شده بود، دوباره تحلیل کردند و متوجه سوسو زدن‌های کوچکی در روشنایی این تصاویر شدند.
همگرایی گرانشی قوی، اثر قوی و زیاد همگرایی گرانشی است که می‌تواند تصاویر متعددی تولید کند. همگرایی گرانشی، هنگامی روی می‌دهد که نور یک چشمه درخشان بسیار دور مانند یک اختروش در مسیرش تا رصدگر از کنار جرم پرجرم دیگری بگذرد و مسیرش خمیده شود. این پدیده یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین است.
ریباک توضیح داد: ما در عرض چند روز پس از بررسی داده‌ها متوجه شدیم که این امر درست به نظر نمی‌رسد و حتی موضوع اصلی مطالعه من این امر نبود، اما به یک پروژه کوچک تبدیل شد که ما آن را ادامه دادیم.
اگر منبع این تغییرات از اطراف خود سیاه‌چاله می‌آمد، همه تصاویر با هم روشن و تاریک می‌شدند، اما مشاهدات بعدی در سال 2022 که تنها با یک روز فاصله انجام شد، نشان داد که تصاویر مستقل از یکدیگر سوسو می‌زنند. ریباک گفت: این همان مدرکی است که نشان می‌دهد باید پدیده‌ای دیگر در طول مسیر وجود داشته باشد.
این پدیده، «ریزهمگرایی»(microlensing) است که در آن، ستاره‌ای منفرد در کهکشان پیش‌زمینه به عنوان لنزهای کوچک عمل می‌کنند و به طور موقت قسمت‌های مختلف تاج اختروش را بزرگ می‌کنند. پژوهشگران در مطالعه جدید خود نوشتند: از آنجا که تاج بسیار فشرده است، این تقویت‌های مقیاس کوچک باعث سوسو زدن مشاهده شده در تصاویر می‌شود. ما این سوسو زدن را در داده‌ها مشاهده کردیم که به هیچ طریق دیگری نمی‌توانستیم آن را توضیح دهیم.
این گروه پژوهشی با بررسی این سوسو زدن‌ها، برای اولین بار به طور مستقیم وسعت تاج را اندازه‌گیری کردند و یک اختروش معمولی را به یک آزمایشگاه کیهانی منحصربه‌فرد تبدیل کردند.
دریچه‌ای جدید به سیاهچالهها
دانشمندان در این مطالعه اشاره کردند که این اندازه‌گیری جدید علاوه بر این که به آنها امکان نقشه‌برداری از تاج را می‌دهد، دریچه جدیدی را به میدان‌های مغناطیسی اطراف سیاهچالهها باز می‌کند. مطالعات پیشین نشان داده است که میدان‌های مغناطیسی قوی نحوه افتادن گاز و خارج شدن آن را تنظیم می‌کنند و نحوه رشد سیاهچالهها را در طول زمان کنترل می‌کنند. اندازه‌گیری مستقیم این میدان‌ها بسیار دشوار است، اما مدل‌های نظری، ارتباطی را بین انتشار امواج میلی‌متری تاج، اندازه آن و قدرت میدان مغناطیسی نشان می‌دهد. این امواج از نور الکترون‌های پرسرعت که به دور خطوط میدان مغناطیسی می‌چرخند، ناشی می‌شود.
این اندازه‌گیری بسیار چشمگیر است، زیرا در گذشته تصور می‌شد که نور این امواج تا ماه‌ها و حتی سال‌ها تا حد زیادی ثابت می‌ماند. ریباک گفت: درک نحوه رشد این سیاهچالهها، پتانسیل اصلی در این مطالعه است، اما این یکی از آن لحظاتی بود که متوجه شدیم همه چیز تغییر می‌کند.
این گروه پژوهشی قصد دارند داده‌هایی را نیز از «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا»(Chandra X-ray) ناسا جمع‌آوری کنند. این تلسکوپ، تنها تلسکوپ پرتو ایکس با وضوحی کافی است که برای ثبت چنین ویژگی‌های کوچکی مناسب هستند. ممکن است پیشرفت‌های آینده به جای آن به تلسکوپ «ALMA» متکی شوند. این تلسکوپ در حال گسترش به باندهای فرکانس پایین‌تر است و طول‌موج‌هایی را پوشش می‌دهد که تاج‌های سیاه‌چاله در آنها در درخشان‌ترین حالت خود هستند.
«رصدخانه‌ی وراروبین»(Vera C. Rubin) در تصویربرداری نوری با وضوح بالا معروف است و انتظار می‌رود این تلسکوپ هزاران تعداد از این سامانه‌ها را کشف کند و به ستاره‌شناسان امکان مطالعه سوسو زدن‌های نوری را با دقتی بی‌سابقه ارائه دهد. ریباک خاطرنشان کرد: تلسکوپ روبین، ابزاری انقلابی برای انجام این کار خواهد بود.
ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ‌های حساس‌تر، شروع به کاوش منابع بی‌شماری کردند که در سراسر آسمان با امواج میلی‌متری سوسو می‌زنند. این بخش هیجان‌انگیز کیهانی است که همچنان برای ما ناشناخته است.
نتایج این مطالعه در مجله «Astronomy & Astrophysics» منتشر شده است.