رصد بلعیده شدن ماده کیهانی و گسیل جت‌های رادیویی توسط یک سیاه‌چاله

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی – اخترشناسان یک سیاه‌چاله کلان‌جرم را مشاهده کردند که حدود ۳۰۰ روز پس از افزایش چشمگیر در نرخ بلعیدن ماده، جت‌های رادیویی قدرتمندی از خود گسیل می‌کرد. این رصد با استفاده از رصدخانه فضایی پرتو ایکس «سوئیفت» (Swift) ناسا و در کنار مشاهدات رادیویی انجام شد. این تیم همچنین موفق شد جرم این سیاه‌چاله عظیم را که در قلب «خوشه برساووش» (Perseus Cluster) —مجموعه‌ای عظیم متشکل از هزاران کهکشان— قرار دارد، تخمین بزند. این سیاه‌چاله در مرکز کهکشان NGC ۱۲۷۵ واقع شده است؛

کهکشانی که در فاصله حدود ۲۲۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارد و به عنوان درخشان‌ترین کهکشان در خوشه برساووش شناخته می‌شود. این سیاه‌چاله کلان‌جرم در ابتدا از طریق یک شراره پرتو ایکس شناسایی شد که نشان‌دهنده افزایش نرخ انباشت ماده به سوی آن بود. سیاه‌چاله‌های کلان‌جرمی که فعالانه در حال بلعیدن ماده هستند، در نواحی موسوم به «هسته‌های کهکشانی فعال» (AGN) یافت می‌شوند؛ گرانش عظیم آنها ماده پیرامونی را داغ کرده و باعث درخشش شدید آن می‌شود. این تابش‌ها با هدایت مواد به سمت قطب‌های سیاه‌چاله و سپس پرتاب آنها به بیرون در قالب دو جت قدرتمند، تقویت می‌شوند؛

این جت‌ها طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیسی را در بر می‌گیرند و به‌ویژه در امواج رادیویی برجسته هستند. پایش جت‌های رادیوییِ گسیل‌شده از هسته فعالِ مرکز کهکشان NGC ۱۲۷۵ برای درک رابطه میان «قرص برافزایشی» (دیسک ماده‌ای که سیاه‌چاله را احاطه کرده و تغذیه می‌کند) و جت‌هایی که به فضا پرتاب می‌شوند، حیاتی است. مطالعه این «جفت‌شدگی قرص-جت» به دانشمندان کمک می‌کند تا دریابند سیاه‌چاله‌ها چگونه بر تشکیل ستارگان در کهکشان‌های میزبان خود و در نتیجه، بر رشد آن کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارند. انجام این مشاهدات کار ساده‌ای نیست؛

اگرچه رصدخانه پرتو ایکس «چاندرا» (Chandra) ابزاری ایده‌آل برای مطالعه چنین تابش‌هایی است، اما کهکشان NGC ۱۲۷۵ را به دفعات کافی رصد نمی‌کند تا بتوان رفتار بلندمدت آن را پایش کرد. در مقابل، اگرچه رصدخانه «نیل گرلز سوئیفت» (Neil Gehrels Swift) متعلق به ناسا توانمندی‌های ضعیف‌تری نسبت به تلسکوپ «چاندرا» دارد، اما از زمان پرتابش در سال ۲۰۰۴، حجم عظیمی از داده‌ها را درباره این کهکشان و سیاه‌چاله مرکزی آن گردآوری کرده است. سارا کچام، سرپرست تیم تحقیقاتی از دانشگاه میشیگان، اظهار داشت که مطالعه ناحیه داخلی این هسته کهکشانی فعال نسبتاً دشوار است؛

زیرا کهکشان NGC ۱۲۷۵ در مرکز خوشه عظیم «برساووش» (Perseus Cluster) قرار دارد و این امر موجب افزودن نور اضافی به مشاهدات و پیچیده شدن تحلیل داده‌ها می‌شود. او افزود که این تیم مدلی را توسعه داده است که امکان حذف تابش‌های ناشی از خوشه را از داده‌های آرشیوی سوئیفت فراهم می‌کند؛ بدین ترتیب، آنها توانستند تغییرات شار پرتو ایکس را — که ناشی از فرآیند برافزایش (جذب) گاز توسط سیاه‌چاله است — در بازه زمانی سال‌های ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۵ رصد کنند.

کچام با تأکید بر اینکه توانمندی‌های رصدخانه سوئیفت برای این مطالعه حیاتی بوده است، خاطرنشان کرد که NGC ۱۲۷۵ آزمایشگاهی ایده‌آل برای درک رابطه میان قرص برافزایش و جت‌های سیاه‌چاله محسوب می‌شود. وی همچنین اشاره کرد که مطالعات پیشین روی سایر کهکشان‌های دارای هسته فعال، شواهدی از ارتباط میان برافزایش گاز (که از طریق پرتو ایکس قابل ردیابی است) و خروج گاز در قالب جت‌ها (که با امواج رادیویی قابل مشاهده است) نشان داده بودند. با این حال، کهکشان NGC ۱۲۷۵ تأثیر جت‌های سیاه‌چاله را در مقیاس‌های فضایی بسیار وسیع، شفاف‌تر از هر سامانه دیگری آشکار می‌سازد.

در فوریه ۲۰۲۳، کچام و همکارانش شدیدترین شراره پرتو ایکس ثبت‌شده تاکنون از کهکشان NGC ۱۲۷۵ را مشاهده کردند. این پدیده که کمتر از ۶۰ روز به طول انجامید، شامل دو فوران تابشی — هر کدام به مدت پنج روز — بود که طی آن درخشش پرتو ایکسِ هسته کهکشانی فعال دو برابر شد. شدت این شراره به حدی بود که تیم تحقیقاتی بررسی کرد آیا این رویداد ناشی از یک «رویداد گسیختگی کشندی» (TDE) بوده است یا خیر؛ پدیده‌ای که در آن یک ستاره آن‌قدر به یک سیاه‌چاله کلان‌جرم نزدیک می‌شود که گرانش عظیم سیاه‌چاله، آن ستاره را بر اثر نیرو‌های کشندی (جزر و مدی) از هم می‌درد.

این نیرو‌ها ستاره را می‌کشند، فشرده می‌کنند و از هم می‌درانند — فرآیندی که گاهی «اسپاگتی‌شدن» (spaghettification) نامیده می‌شود — و سپس سیاه‌چاله بخشی از پلاسمای حاصل را می‌بلعد. با این حال، تیم پژوهشی توانست این سناریو را رد کند؛ «کچام» (Ketchum) اظهار داشت که این شراره احتمالاً ناشی از افزایش ناگهانی نرخ برافزایش (جذب) ماده به درون سیاه‌چاله بوده است، نه بلعیده شدن یک ستاره. پژوهشگران با استفاده از داده‌های رصدخانه «سوئیفت» (Swift)، شعاع ناحیه‌ای از هسته فعال کهکشانی را که از آن تابش ساطع می‌شد، تعیین کردند.

با توجه به رابطه مستقیم میان اندازه و جرم سیاه‌چاله، این امر به آنها امکان داد تا جرم سیاه‌چاله واقع در مرکز کهکشان NGC ۱۲۷۵ را برآورد کنند و به این نتیجه برسند که جرم آن بین ۱۰۰ میلیون تا یک میلیارد برابر جرم خورشید است. منبع: الیوم السابع

منبع: باشگاه خبرنگاران جوان