پژوهشگران با ردیابی دو جت (جریان) ذرات، یک جفت سیاهچاله کلانجرم را کشف کردند که در مداری بسیار نزدیک به دور یکدیگر در کهکشان «مارکاریان ۵۰۱» (Markarian 501) میچرخند. این سیستم دوتایی ممکن است ظرف ۱۰۰ سال آینده با هم ادغام شود و امواج گرانشی قابلشناسایی تولید کند.
شواهد فعلی نشان میدهد که تقریباً در مرکز هر کهکشان بزرگ، یک سیاه چاله کلان جرم با جرمی بین میلیونها تا میلیاردها برابر جرم خورشید وجود دارد. اینکه این اجرام دقیقاً چگونه تا این حد بزرگ میشوند، همچنان یک سوال بزرگ و بیپاسخ است. جمعآوری (تجمع) گازها از محیط اطراف به تنهایی فرآیند بسیار کندی خواهد بود؛ این موضوع نشان میدهد که ادغام با دیگر سیاهچالههای عظیم، نقش مهمی در رشد آنها ایفا میکند.
برخورد کهکشانها در سراسر هستی پدیدهای رایج است و این احتمال را تقویت میکند که سیاهچالههای کلانجرم مستقر در مرکز آنها نیز در نهایت با یکدیگر ادغام شوند. انتظار میرود این دو سیاهچاله پیش از تبدیل شدن به یک جرم واحد، در حالیکه بهتدریج به هم نزدیک میشوند، به دور یکدیگر بچرخند.
با این حال، دانشمندان برای شبیهسازی دقیق مراحل پایانی این فرآیند با چالش روبهرو بودهاند. با وجود فراوانی ادغام کهکشانها در مقیاسهای زمانی کیهانی، تا پیش از این هیچ جفت نزدیک از سیاهچالههای کلانجرم به طور قطعی شناسایی نشده بود. اکنون مطالعهای جدید روی کهکشان مارکاریان ۵۰۱ (Mrk 501) در صورت فلکی زانو زده (هرکول)، شواهد قانعکنندهای در این زمینه ارائه داده است.
یک تیم بینالمللی به سرپرستی «سیلکه بریتزن» از مؤسسه اخترشناسی رادیویی ماکس پلانک (MPIfR) در بن، نشانههای مستقیمی از یک جفت سیاهچاله کلانجرم را در مرکز کهکشان Mrk 501 کشف کردند. این یافتهها در مجله علمی Monthly Notices of the Royal Astronomical Society به چاپ رسیده است.
جتهای دوقلو راز جفت سیاهچاله پنهان را فاش میکنند
سیاهچاله کلانجرم واقع در مرکز کهکشان Mrk 501، جت قدرتمندی از ذرات تولید میکند که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در فضا حرکت میکنند. پژوهشگران برای بررسی این ناحیه، مشاهداتی با وضوح بالا را که فرکانسهای رادیویی متعددی را در بر میگرفت، بررسی کردند. این دادهها طی حدود ۲۳ سال و در دهها جلسه رصد جمعآوری شده بودند. تیم تحقیق به جای یافتن تنها یک جت، موفق به شناسایی جت دوم نیز شد.
این مشاهدات، نخستین تصویر مستقیم از این نوع سیستم را در مرکز یک کهکشان ارائه میدهد و شواهد محکمی برای وجود سیاهچاله کلانجرم دوم محسوب میشود. سیلکه بریتزن در اینباره گفت:
ما مدتها به دنبال آن بودیم و سپس کاملاً غافلگیر شدیم که نهتنها توانستیم جت دوم را ببینیم، بلکه حتی حرکت آن را هم ردیابی کردیم.
جت اول به سمت زمین جهتگیری شده است که باعث میشود فوقالعاده درخشان به نظر برسد و به ستارهشناسان اجازه داده تا سالها آن را مطالعه کنند. اما جت دوم به سمت دیگری اشاره دارد که شناسایی آن را بسیار سختتر میکرد. پژوهشگران تنها در عرض چند هفته، تغییرات بزرگی را ثبت کردند؛ جت دوم از پشت سیاهچاله بزرگتر بیرون میآید و در یک الگوی تکراری پادساعتگرد به دور آن حرکت میکند.
سیلکه بریتزن توضیح داد:
ارزیابی دادهها حس بودن در یک کشتی را داشت. کل سیستم جت در حال حرکت است. سیستم متشکل از دو سیاهچاله میتواند این وضعیت را توجیه کند: صفحه مداری آنها نوسان دارد (تلوتلو میخورد).
در جریان یکی از رصدها در ژوئن ۲۰۲۲، تابش حاصل از این سیستم چنان مسیر تغییرشکلیافتهای را دنبال کرد که به صورت یک حلقه ظاهر شد که به عنوان «حلقه اینشتین» شناخته میشود. محتملترین توجیه این است که سیستم کاملاً در یک راستا با زمین قرار گرفته بود؛ در نتیجه سیاهچاله پیشزمینه به عنوان یک عدسی گرانشی عمل کرده و نور حاصل از جت دوم را که در پشت آن قرار داشت، خم کرده است.
شواهدی از یک سیستم دوتایی سیاهچاله با چرخش سریع
پژوهشگران با مطالعه تغییرات بلندمدت و الگوهای تکراری درخشندگی در جتها، به این نتیجه رسیدند که این دو سیاهچاله هر ۱۲۱ روز یکبار به دور یکدیگر میچرخند. فاصله آنها از یکدیگر تقریباً ۲۵۰ تا ۵۴۰ برابر فاصله زمین تا خورشید (حدود ۳۷.۴ تا ۸۰.۸ میلیارد کیلومتر) است که برای اجرامی با جرمی معادل ۱۰۰ میلیون تا ۱ میلیارد برابر خورشید، بهطرز شگفتآوری کوچک است. بسته به جرم واقعی آنها، این جفت میتوانند به سرعت به یکدیگر نزدیک شده و در مدت زمان کوتاهی در حدود ۱۰۰ سال با هم ادغام شوند.
از آنجاییکه کهکشان Mrk 501 فاصله بسیار زیادی با زمین دارد، حتی پیشرفتهترین ابزارها نیز نمیتوانند به طور مستقیم این دو سیاهچاله را به عنوان دو جرم مجزا تفکیک کنند. تلسکوپ افق رویداد (EHT) که نخستین تصاویر سیاهچاله را در سالهای ۲۰۱۹ و ۲۰۲۲ ثبت کرد نیز فاقد وضوح لازم برای این کار است. در نتیجه، اخترشناسان قادر نخواهند بود مستقیماً کوچکتر شدن مدار این جفت را تماشا کنند.
با این وجود، محتمل است که پژوهشگران نشانههای کاهش این فاصله را از طریق امواج گرانشی کشف کنند. این سیستم باید امواج گرانشی با فرکانس بسیار پایین تولید کند که با استفاده از «آرایههای زمانسنجی تپاختر» (PTAs) قابل رصد خواهد بود.
سیستمهای دوتایی سیاهچاله کلانجرم (SMBHBs) از پیش به عنوان اصلیترین توجیه برای «پسزمینه امواج گرانشی» که در سال ۲۰۲۳ توسط آرایه زمانسنجی تپاختر اروپا و دیگر همکاریهای علمی کشف شد، در نظر گرفته میشوند. اکنون کهکشان Mrk 501 به عنوان یکی از قویترین کاندیداها برای پیوند دادن اندازهگیریهای PTA به یک سیستم دوتایی مشخص از سیاهچالههای کلانجرم مطرح شده است.
هکتور اولیوارس، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت:
اگر امواج گرانشی کشف شوند، ما حتی ممکن است شاهد افزایش مداوم فرکانس آنها همزمان با چرخش مارپیچی این دو غول به سمت برخورد باشیم؛ اتفاقی که فرصتی نادر را برای تماشای فرآیند ادغام یک جفت سیاهچاله کلانجرم فراهم میکند.
منبع: Scitechdaily
