کشف هشت سیاه‌چاله جدید در کهکشان راه شیری که پرتو ایکس منعکس می‌کنند
کهکشان راه شیری به‌تنهایی حاوی ده‌ها میلیون سیاه‌چاله فضایی است که در نقاط مختلف، پراکنده‌اند. سیاهچالهها فرورفتگی‌های عمیقی هستند که در اثر تراکم شدید جرم در فضا-زمان پدید می‌آیند. شدت جاذبه سیاه‌چاله چنان است که هیچ ماده‌ای و حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. به‌همین علت، سیاهچالهها کاملا تاریک هستند و شناسایی آن‌ها در آسمان کار ساده‌ای نیست. اما بسیاری از سیاهچالهها یک ستارهی جفت نیز دارند که دور سیاه‌چاله در گردش است. این نوع منظومه‌های دوتایی (متشکل از یک سیاه‌چاله و ستاره حول آن) را اصطلاحا black hole X-ray binary می‌نامند. وقتی جاذبه شدید سیاه‌چاله، گازها و غبارهای ستاره مجاور را ببلعد، از محیط اطراف سیاه‌چاله پرتو ایکس منتشر می‌شود. پرتو ایکس به گازهایی که چرخش‌کنان به‌درون سیاه‌چاله کشیده می‌شوند برمی‌خورد و سپس منعکس می‌شود و نتیجتاً برای مدتی محیط اطراف سیاه‌چاله را روشن می‌کند.
ستاره‌شناسان موسسه فناوری ماساچوست (ام‌آی‌تی) با توجه به‌همین پدیده می‌کوشند منظومه‌های دوتایی بیشتری از این نوع را در فضا بیابند. در این منظومه‌ها ستاره ضمن گردش دور سیاه‌چاله، تحت تاثیر جاذبه شدید آن پیوسته جِرم از دست می‌دهد زیرا تدریجاً به‌درون سیاه‌چاله کشیده می‌شود. اخترشناسان انعکاس پرتو ایکس از ذرات حول سیاه‌چاله را تحلیل می‌کنند تا شاید دریابند که محیط اطراف سیاه‌چاله چه ویژگی‌هایی دارد (سیاه‌چاله به‌سبب گرانش شدیدی که دارد، بر محیط اطرافش تاثیرات عجیبی برجای می‌نهد.)
محققان ام‌آی‌تی برای این منظور از ابزار جستجوگر خودکاری بهره می‌برند که آن‌را ماشین پژواک (Reverberation Machine) نامیده‌اند. آن‌ها با کمک ابزار یادشده، داده‌های ماهواره‌ای را می‌کاوند تا از پژواک این نوع سیاه‌چاله نشانه‌ای بیابند. محققان ام‌آی‌تی طی این جستجوها اخیراً 8 سیاه‌چاله جدید در کهکشان راه شیری کشف کرده‌اند که ستارهی جفت دارند و پرتو ایکس منعکس می‌کنند. قبلا فقط دو سیاه‌چاله از این نوع در کهکشان‌مان کشف شده بود.
محققان با مقایسه پرتوهایی که از منظومه‌ها منعکس می‌شود، به تصویر جامعی دست یافته‌اند که نحوه تحول سیاهچالهها طی پرتوتابی را نشان می‌دهد. آن‌ها مشاهده کردند که در تمام منظومه‌ها، سیاه‌چاله ابتدا وارد وضعیت «سخت» می‌شود (hard state)؛ بدین‌معنا که موج عظیمی از فوتون‌های پرانرژی و نیز ستونی از ذرات نسبیتی1 را با سرعتی نزدیک به سرعت نور بیرون می‌پاشد. پژوهشگران متوجه شدند که سیاه‌چاله در مرحله خاصی از این فرآیند، پیش از ورود به مرحله کم‌انرژی یا اصطلاحا نرم (soft state) با انرژی شدیدی نورافشانی می‌کند.
این نورافشانی نهایی شاید نشانه‌ی انبساط آنی و زودگذر تاج سیاه‌چاله باشد که پیش از آن‌که کاملا محو شود، برای آخرین بار ذرات پرانرژی را بیرون می‌پاشد. منطقه بعد از مرز سیاه‌چاله را اصطلاحا تاج (corona) می‌نامند که حاوی پلاسمای پرانرژی است (به گاز یونیزه شده پلاسما می‌گویند.) این یافته‌ها شاید به محققان کمک کند تا دریابند اَبَرسیاه‌چاله‌‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها جای دارند چگونه می‌توانند ذرات را در پهنه‌ای وسیع در مقیاس کیهانی بیرون بپاشند و در شکل‌گیری کهکشان موثر باشند.
ارین کارا استادیار فیزیک دانشگاه ام‌آی‌تی می‌گوید، نقش سیاهچالهها در تکامل کهکشان از پرسش‌های مهم اخترفیزیک مدرن است. این سیاه‌چاله‌هایی که ستاره جفت دارند، ظاهرا نسخه کوچکی از ابرسیاه‌چاله‌ها هستند و لذا اگر محققان کیفیت ذره‌پاشیِ این سیاه‌چاله‌های کوچکتر را درک کنند، درمی‌یابند که ذره‌پاشی اَبَرسیاه‌چاله‌ها چگونه بر کهکشان‌های محل استقرارشان تاثیر می‌نهد.
پژوهشگران در این تحقیق، الگوریتم جستجوگری طراحی کردند تا داده‌هایی را که تلسکوپ پرتو ایکس ناسا موسوم به NICER در ایستگاه فضایی بین‌المللی تاکنون گردآوری کرده است، بکاود. الگوریتم، 26 منظومه دوتایی پرتو ایکس (متشکل از سیاه‌چاله و ستارهی جفت) را که پیش‌تر نیز گمان می‌رفت پرتوپاشیِ ایکس دارند، برگزید. محققان دریافتند که 10 مورد از این 26 منظومه به‌اندازه کافی نزدیک و درخشان هستند که بتوان در خلال پرتوتابی‌شان، پژواک پرتو ایکسِ آن‌ها را تشخیص داد.
نهایتا در هشت منبع، نشانه‌های جدیدی از پژواک مشاهده شد. جینگ‌یی وانگ از نویسندگان مقاله مرتبط با این تحقیق می‌گوید، جرمِ این سیاهچالهها 5 تا 15 برابر جرم خورشید است و همه آن‌ها ستارهی جفت نیز دارند که کم‌جِرم و شبیه خورشیدند.
پی‌نوشت
- ذرات نسبیتی (relativistic particles) به‌طور خلاصه، ذراتی هستند که با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.
